• 대한기계학회논문집B
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• 제41권10호
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• pp.649-657
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• 2017

고압의 파이프 파단 시 파이프 내에 있던 유체가 고속으로 대기로 분출될 때 압축성유동을 동반하는 초음속제트가 발생한다. 이러한 초음속제트는 일반적으로 복잡한 비정상거동을 보여줄 수 있다. 본 연구는 이러한 고압파이프에서 분출되는 초음속제트에 의해 생성되는 압축성유동을 고찰하기 위하여 전산유체역학 해석이 수행되었다. 분출기체의 종류 및 파이프직경 변화에 따른 비정상유동 특성을 해석하기 위해 SST $k-{\omega}$ 난류모델이 채택되었다. 전산해석 시 기본 경계조건은 파이프직경 10 cm, 제트 압력비 5, 기체온도 300 K로 가정하였다. 그 해석결과로 초음속제트로 인해 생성되는 충격파의 거동이 관찰되었고, 간접적인 영향으로 폭풍파도 발생됨을 알 수 있었다. 기체의 분자량이 가장 작은 $H_2$의 압력파 특성은 안전영역까지의 거리가 가장 짧았으며, 분자량이 비슷한 $N_2$, 공기 및 $O_2$는 큰 차이가 없었다. 또한 파이프직경이 커져 제트에 의한 영향범위도 더욱 증대됨을 알 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권3호
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• pp.673-680
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• 2017

흡수정은 댐이나 저수지에 저장된 물을 흡입하여 사용하는 설비이다. 흡입한 다량의 물은 화력 및 원자력 등의 대형 발전소의 냉각시스템에 사용된다. 특징으로 흡입 유량과 흡수정의 비가 작으면 흡입구 주변에서 유속이 증가한다. 이로 인해 와류나 선회류의 불균형 유동이 발생된다. 불균형 유동은 흡수정의 성능을 저하나 고장의 원인이 된다. 해결하기 위한 다양한 방법이 고안되고 있으나 최저수위 일 경우 정확한 해결 방법을 찾지 못하고 있다. 가장 효율적인 해결방법으로는 AVD를 설치하거나 관로를 길게하는 방법이 있다. 이렇게 설치된 구조물이 유동의 흐름을 균일하게 만들어 주기 때문이다. 본 논문에서는 관로의 길이와 AVD의 형태 변화에 따른 흡수정 내의 유동특성을 수치해석으로 분석한다. 수치해석을 위하여 수정의 흡입부, 섬프, 펌프의 3단계로 분리하여 모델링하였다. 격자는 해석의 정확도를 위해 흡입부는 비조밀, 흡수정과 AVD는 조밀하게 하였다. ANSYS ICEM-CFD 14.5를 이용하여 120~150만개의 격자를 생성하였고 Tetra grid와 Prism grid를 혼용하였다. 해석을 위해 상용 CFD 프로그램인 ANSYS CFX14.5의 SST 난류모델을 선정하였다. 조건으로 H.W.L 6.0m, L.W.L 3.5, Qmax 4.000 kg/s, Qavg 3.500 kg/s Qmin 2.500 kg/s로 설정하였다. 보텍스 각도와 속도분포로 해석한 결과는 다음과 같다. Ext E-type의 AVD를 설치한 흡수정이 최고수위 일때 합격하였다. 추후, Ext E-type을 기본으로 하여 최저수위일 때 만족하는 연구가 필요하다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권2호
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• pp.109-117
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• 2015

덕트는 항공기의 내부엔진에 외부 공기를 흡입하기 위한 장치이다. 엔진 입구면의 레이더 반사량을 줄여 피탐지성을 감소시키기 위하여 S형태의 덕트를 가지게 되었다. S-Duct는 중심선의 곡률, 입구형상 등의 형상변수에 따라 엔진의 성능에 영향을 미친다. 본 연구에서는 RAE M 2129 S-Duct의 입구형상에 대하여 가로세로비의 변경에 따른 덕트 내부 유동에 대한 유동 특성을 알아보기 위해 전산해석을 수행하였다. S-Duct의 성능 평가 기준으로는 유동 왜곡계수를 사용하였다. 공력해석을 위해 상용해석 소프트웨어를 사용하였으며, 벽면에서의 역압력 구배의 영향으로 발생하는 유동박리와 2차 유동을 예측하기 위하여 $k-{\omega}SST$ 난류모델을 사용하였다. S-Duct의 Port side와 Starboard side 각각의 압력분포 값에 대하여 ARA의 실험값과 비교하여 본 연구에서 사용된 전산해석 기법의 타당성을 검증하였다. 해석 결과 모든 형상에 대하여 유동박리와 2차 유동이 발생하는 것을 확인하였다. 반원형 형태의 입구형상을 가지는 S-Duct가 뛰어난 성능을 보임을 확인하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권4호
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• pp.367-375
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• 2014

셀-튜브 열교환기는 산업분야에서 가장 널리 사용되는 열교환기이다. 열교환기의 열적 성능을 개선하기 위하여 셀-튜브 열교환기에 대해 배플의 배치, 배플의 방향, 배플의 표면의 돌기형상 등의 인자를 변경하였으며, 유동의 박리 및 경계층해석에 적절히 이용되는 SST 난류모델을 적용하여 열전달특성을 고찰하였다. CFD해석시 경계조건는 셀측의 입구온도를 344K로 일정하게 하고, 물의 유량을 6, 12, 18, 24 l/min로 변화시켰다. 그 결과로는 지그재그형 배치가 열전달률 및 압력강하가 향상되는 것으로 나타났으며, 배플의 방향은 기존형보다 수직형 및 각도 $45^{\circ}$형이 열전달이 향상되는 것으로 나타났고, 압력강하는 거의 차이가 없었다. 또한 배플의 돌기형상은 열전달면적을 증가시킴으로써 열전달률 및 압력강하가 향상됨을 알 수 있었다. 해석결과를 통하여 열전달 증가가 유동의 박리, 유체의 체류시간, 튜브와의 접촉면적, 유량, 와류 등에 따라 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권6호
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• pp.8-14
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• 2005

지면 근처에 존재하는 뭉뚝한 물체의 유동장 이해는 자동차 및 항공 업계에 매우 중요한 분야이다. 이를 위해 비압축성 평균 Navier-Stokes 방정식에 $\varepsilon{-SST}$ 난류 모델을 적용하여 정사각주와 이동 지면의 간극 유동을 해석하였다. 비정상 진동을 억제하기 위하여 사각주 하부에 수직/수평의 펜스 설치 효과를 연구하였다. 지면이 운동할 경우에는 지면의 박리 전단층의 강도가 약화되어 사각주 상/하부의 박리 전단층 상호 작용을 촉진시키므로 고정 지면에 비하여 더 낮은 간극에서도 와류 배출이 발생한다.

• 한국가시화정보학회지
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• 제20권3호
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• pp.102-108
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• 2022

In the fan module of the intercooling refrigerator, a drain hole structure was designed for stable drainage of defrost water. However, the airflow passing through the drain hole can disturb flow features around the evaporator. Since this backflow leads to an increase in flow loss, the accurate experimental and numerical analyses are important to understand the flow characteristics around the fan module. Considering the complex geometry around the fan module, three different turbulence models (Standard k-ε model, SST k-ω model, Reynolds stress model) were used in computational fluid dynamics (CFD) analysis. According to the quantitative and qualitative comparison results, the Standard k-ε model was most suitable for the research object. High-accuracy results well match with the experiment result and overcome the limitation of the experiment setup. The method used in this study can be applied to a similar research object with an orifice outflow driven by a rotating blade.

• 항공우주기술
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• 제11권1호
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• pp.68-77
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• 2012

공기를 이용한 축소형 4 노즐 클러스터드 엔진 저부 유동에 대한 CFD 해석을 수행하여 수치 방법에 대한 비교와 저부 유동을 분석하였다. 해석결과 Roe나 AUSM의 공간 차분법에 따른 차이는 없었으며, Spalart-Allmaras 1 방정식 난류 모델이 SST k-${\omega}$ 모델이나 k-${\varepsilon}$ 모델에 비하여 본 연구에 비교적 적합한 것으로 나타났다. 클러스터드 엔진 저부 영역은 팽창된 노즐 플룸이 서로 만나면서 고압의 정체 영역을 일부 형성하며, 일부의 플룸이 저부 방향으로 역류 팽창하는 것이 관측된다. 저부로 팽창된 플룸은 노즐과 노즐 사이의 최소 공간으로 정의되는 "최소 배출면"을 통해 외기로 빠져 나가는 데 저부면에 가까울수록 더욱 빠른 속도로 빠져나가고 경험적 이론과 다르게 노즐과 노즐 사이의 공간 전체가 유동의 목을 형성하는 것이 아닌 것으로 확인된다. 또한 노즐 벽면 온도가 역류 플룸의 온도에 큰 영향을 끼치는 것을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.17-25
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• 2020

본 연구에서는 1 MW급 수평축 조류발전기의 출력 및 유동특성을 분석하기 위해 3차원 레이놀즈 평균 나비어-스톡스 해석을 수행하였다. 난류해석을 위해 SST(shear stress transport) 난류모델을 사용하였고, 유동해석을 위한 계산영역은 육면체격자로 구성하였으며, 최적의 격자 크기를 결정하기 위하여 격자 의존성 시험을 수행하였다. 터빈의 노즈 형상 및 유입각도, 그리고 타워 구조물의 영향을 분석하였다. 노즈 형상의 경우 노즈의 직경 대비 축방향 길이의 비가 증가할수록 터빈 출력이 향상되는 결과를 확인할 수 있었고, 유입각도가 약 15° 이상에서는 터빈의 성능이 약 10% 이상 감소하는 것을 확인하였다. 또한 타워 구조물에 의하여 하류식 터빈의 경우 상류식 터빈에 비하여 성능이 1% 감소함을 알 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권4호
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• pp.326-335
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• 2014

터보블로워는 상대적으로 적은 체적유량에서 높은 압력이 요구되는 곳에 사용되는 대표적인 유체기계로서 다양한 산업에 응용되어 사용된다. 본 연구에서는 고속으로 회전하는 소형 2단 터보블로워의 정압상승 메커니즘을 이해하기위해, 1단 임펠러 영역과 터보블로워 전체 영역에 대해서 상용툴인 ANSYS 14.5를 이용하여 CFD해석을 수행하였다. CFD 해석과정에는 역압력 구배에 의한 유동박리 예측에 적합한 k-${\omega}$ SST 난류 모델을 적용하였다. 터보블로워의 전산해석 결과는 KS B 6311 및 KS A 0612에 따른 성능시험방법을 통하여 해석기법이 타당함을 검증하였다. CFD 해석결과 터보블로워의 압력상승은 선형적으로 나타나지 않으며, 안내깃에서의 손실과 케이싱과 임펠러 간극에서 손실이 발생하는 것으로 분석되었다. 소형 2단 터보블로워를 공력성능을 예측하기 위해서는 전체 유동영역에 대한 전산 해석이 필요하며, 실험과 전산해석의 오차에 대해 고려된 전산해석 결과가 선정되어야 한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권2호
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• pp.79-86
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• 2017

본 연구에서는 이중관 지중열교환기의 내부에 삽입되는 유로의 외벽에 설치된 핀 형상에 따른 유동 및 열전달 특성의 변화를 수치해석적으로 분석하였다. 해석에는 상용 CFD 소프트웨어인 Ansys Fluent를 이용하였으며, SST $k-{\omega}$ 난류 모델을 적용하였다. 지중열교환기의 성능을 높일 수 있는 핀의 형상을 찾기 위하여 핀의 각도($15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$), 높이비(0.1, 0.3, 0.5), 그리고 핀 간의 간격비(1, 3, 5)를 변화시키며 해석을 수행하였다. 그 결과 핀의 각도와 높이가 증가하면서 대부분의 핀 형상에서 외각유로의 외벽과 내벽에서 Nusselt 수가 증가하는 경향이 나타났다. 하지만 핀 각도 $15^{\circ}$, 높이 비 0.3 이하의 형상에서 핀이 설치되지 않은 경우보다 외벽의 열전달계수는 증가하며 내벽의 열전달 계수가 감소하는 결과를 관찰하였다. 또한 핀 간의 간격이 감소할 경우 외벽의 열전달계수는 큰 변화가 없으나 내벽의 열전달계수는 감소하는 경향이 나타났다.