• 한국전산유체공학회지
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• 제12권2호
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• pp.53-62
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• 2007

A high resolution numerical method aimed at solving cavitating flow is proposed and applied to gas-liquid two-phase shock tube problem. The present method employs a finite-difference 4th-order Runge-Kutta method and Roe's flux difference splitting approximation with the MUSCL TVD scheme. By applying the homogeneous equilibrium cavitation model, the present density-based numerical method permits simple treatment of the whole gas-liquid two-phase flow field, including wave propagation and large density changes. The speed of sound for gas-liquid two-phase media is derived on the basis of thermodynamic relations and compared with that by eigenvalues. By this method, a Riemann problem for Euler equations of one dimensional shock tube was computed. Numerical results such as detailed observations of shock and expansion wave propagations through the gas-liquid two-phase media at isothermal condition and some data related to computational efficiency are made. Comparisons of predicted results and exact solutions are provided and discussed.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권5호
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• pp.289-302
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• 2017

발산형 바닥 경사 생성항(DFB, Divergence Form for Bed slope source term)을 엄밀하게 유도하였으며, DFB 중에서 격자의 변에서 평균 수심을 이용하는 mDFB의 오차를 명백하게 입증하였다. 또한, DFB 기법은 바닥 경사 생성항에 대해 정확한 방법임을 밝혔다. 완전히 잠기기 않은 격자에 대한 기존의 체적-수심 관계의 오류를 수정하였으며, C-특성의 충족을 위해 완전히 잠기지 않은 변에 대한 처리가 필요함을 검토하였다. 이 연구를 통해 근사 Riemann 해법으로 천수방정식을 해석할 때 보다 정확한 수단을 제공할 수 있을 것으로 기대한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권1호
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• pp.175-181
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• 2019

근사 Riemann 해법으로 흐름률을 계산할 때 Hwang의 기법을 이용하여 불연속 지형에 따른 흐름 저항으로서 계단에 따른 정수압, 추력, 벽 반사 등을 검토하였다. 광정 위어 실험과 비교했을 때 추력을 이용하여 모의한 결과가 셋 중에서 가장 우수하였다. 계단에 따른 추력을 고려한 Hwang의 기법을 측면 위어 실험에 적용하였으며, 실험 결과와 잘 일치함을 확인하였다. 기존 수심적분 모형에 비해 정확도 저하가 조금 있으나, 계산 시간을 약 20 %로 줄일 수 있어 감수할 만한 수준이었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권6호
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• pp.749-762
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• 2023

천수 방정식 흐름률 계산에 근사 Riemann 해법을 채택한 수심 적분 모형을 도수 실험에 적용하였다. 도수 때문에 단일 수로에서 서로 다른 흐름 양상이 동시에 나타나므로 흐름 저항에 대해 수심이나 유속에 무관한 Manning 조도 계수보다는 흐름 조건을 반영할 수 있는 Weisbach 저항 계수를 채택하였다. 모의 결과는 실험 결과에 잘 부합되었으며, Weisbach 계수로부터 환산한 Manning 계수는 사류 구간과 상류 구간에서 각 각 적절하게 설정되고 있음을 확인하였다. 도수 실험과 비교에서 정수압 가정에 기반한 천수 방정식의 한계가 드러나 비정수압 천수 흐름 모형 도입의 필요성이 높아졌다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권11호
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• pp.957-967
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• 2015

측면 위어의 수위-유량 관계가 알려지지 않더라도, 저류지에 의한 홍수 조절 효과를 평가할 수 있는 2차원 수치모의에 대해 검토하였다. 수치해법으로서 천수방정식에 대해 유한체적법을 적용하고, 흐름률의 정확한 계산을 위해 근사 Riemann 해법을 도입하여 수심적분 2차원 수치모형을 구성하였다. 모의 결과를 수로와 저류지에서 자유월류와 잠긴 흐름이 발생되는 실험실 실험의 결과와 비교하였다. 자유 월류 상태에서 예측된 측면 위어의 유량 계수와 실험에 의한 그것 사이의 차이는 매우 작았다. 또한, 잠긴 흐름에 대한 모의 결과도 측정 결과와 잘 일치하였으며, 그 기구가 잘 재현되었다. 이 연구를 통해 2차원 수치모형으로 측면 위어에 대한 유량 계수를 정확하게 결정할 수 있으며, 저류지에 대한 홍수 방어능력의 검토 또한 상당한 수준의 정확도로 이루어질 수 있음이 확인되었다. 따라서 저류지의 계획, 설계안의 검토, 관리를 위한 기존 저류지의 평가 등에 이 모형의 실용적인 적용이 기대된다.

• 물과 미래
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• 제41권5호
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• pp.75-80
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• 2008

• 한국항공우주학회지
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• 제38권1호
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• pp.1-11
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• 2010

압축성 실제 기제 유동 해석에 필수적인 음속의 정의에 대하여 다시 한 번 살펴보고, 열역학적으로 정의되는 음속(이하, 열역학 음속)과 특성 변수 해석을 통하여 정의되는 음속(이하, 고유 음속)을 일반화된 상태 방정식에 대하여 유도하였으며, 압력과 온도, 밀도가 선형적으로 비례하지 않는 실제 기체의 경우 열역학 음속과 특성 음속은 다소의 차이가 있음을 확인하였다. 이 과정에서 Roe의 근사 리만 해법을 다시 유도하여 실제 기체 효과의 수정이 필요한 부분을 살펴보았다. Roe의 근사 리만 해법과 AUSM 플럭스 분할 기법에 열역학적 음속과 특성 음속을 적용하여 비교한 경우 대체로 큰 차이는 없으나 특정한 경우 열역학 음속은 AUSM 방법의 경우 불안정성을 유발하기도 하였다. 수치 기법의 수학적 일관성의 측면에서도 특성 음속을 이용하는 것이 타당한 것으로 보인다. 이상의 방법은 다차원 문제에도 일관된 확장이 가능하였다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2007년도 추계 학술대회논문집
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• pp.249-257
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• 2007

A high resolution numerical method aimed at solving gas-liquid two-phase flow is proposed and applied to gas-liquid two-phase shock tube problem. The present method employs a finite-difference 4th-order Runge-Kutta method and Roe's flux difference splitting approximation with the MUSCL TVD scheme. By applying the homogeneous equilibrium cavitation model, the present density-based numerical method permits simple treatment of the whole gas-liquid two-phase flow field, including wave propagation and large density changes. The speed of sound for gas-liquid two-phase media is derived on the basis of thermodynamic relations and compared with that by eigenvalues. By this method, a Riemann problem for Euler equations of one dimensional shock tube was computed. Numerical results such as detailed observations of shock and expansion wave propagations through the gas-liquid two-phase media and some data related to computational efficiency are made. Comparisons of predicted results and exact solutions are provided and discussed.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권5B호
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• pp.429-439
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• 2009

댐 붕괴로 인한 극한홍수가 발생하였을 경우, 홍수경보에 대한 대응시간은 일반적인 홍수의 경우보다 훨씬 짧다. 수치모형은 홍수파의 전파양상을 예측하고, 범람지역, 홍수파 도달시간 그리고 침수심 등에 관한 정보를 제공하는데 있어 강력한 도구가 될 수 있다. 그러나 댐 붕괴로 인한 홍수파의 전파는 불연속 흐름이나 마른하도의 전파를 포함하고 있으므로, 수학적으로 표현하기 어려운 경우가 많다. 그럼에도 불구하고 최근에 유한체적기법을 이용하여 댐 붕괴로 인한 홍수범람을 모의하기 위한 수치모형의 개발이 많이 이루어졌다. 유한체적기법은 적분보존형 방정식을 기본으로 하고 있으므로, 불연속 흐름이나 충격파의 해석에 용이하다. 따라서, 본 연구에서는 2차원 보존형 천수방정식의 해석을 위해 유한체적기법과 Riemann 근사해법을 이용한 수치모형을 개발하였다. 그리고 예측단계와 수정단계에서 연속방정식과 운동량 방정식의 보존변수 재구성을 위해 수면경사법과 연계한 MUSCL 기법을 적용하여 시간과 공간에서 2차정확도를 얻었다. 개발한 유한체적모형을 2차원 부분적 댐 붕괴 해석 및 삼각형 융기를 가진 하도에 대한 댐 붕괴 해석에 적용하고, 적용결과를 실험자료 및 기존 연구자의 계산결과와 비교하여 개발모형을 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.255-255
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• 2021

내수 침수는 강물과 같은 외수보다는 제내지에서 하수 또는 우수의 배제가 불량하여 발생되는 범람이다. 내수 침수 상황에서 침수심의 정확한 관측과 예보된 강수로부터 침수심을 예측할 수 있는 시스템 즉, 스마트 목자판이 개발되고 있다. 시스템 운용에 사용될 소프트웨어 가운데 하나로서 침수 해석을 위한 수치 모형이 필요하다. 내수에 의한 침수와 그것의 배제를 무리 없이 모의하려면, 물이 차고 빠지는 물리 현상을 타당하게 해석하는 것이 관건일 것이다. 그에 따라 2차원 천수 방정식을 유한 체적법으로 해석할 때 흐름률(flux) 계산에 근사 Riemann 해법을 적용하는 모형을 도입하였다. 단순하면서도 내수 침수의 재현에서 드러날 수 있는 취약점들을 포괄할 수 있도록 경사면과 계단으로 가상 지형을 구성하였으며, 강수로 인한 지형의 침수에 대해 개발된 모형을 시험하였다. 근사 Riemann 해법은 흐름률의 정확한 평가로 잠김과 드러남 모의가 자연스런 장점이 있으나, 해석 방법이 복잡하여 계산 시간이 비교적 오래 걸리므로 그에 대한 대책이 요구된다.