• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제27권4호
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• pp.143-153
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• 2006

The purpose of this work was to assess and quantify the beneficial effects of gas exchange, while testingto the various frequencies of the sinusoidal wave that was excited by the PZT actuator, for patients suffering from acute respiratory distress syndrome (ARDS) or chronic respiratory problems. Also, this paper considered a simulator to design a hollow type artificial lung, and a mathematical model was used to predict a behavior of blood. This simulation was carried out according to the Montecarno's simulation method, anda fourth order Runge-Kutta method was used to solve the equation. The experimental design and procedure are then applied to the construction of a new device to assess the effectiveness of the membrane vibrations. As a result, the vibration method is very effective in the increase of gas transport. The gas exchange efficiency for the vibrating intravascular lung assist device can be increased by emphasizing the following design features: consistent and reproducible fiber geometry, and most importantly, an active means of enhancing convective mixing of water around the hollow fiber membranes. The experimental results showed the effective performance of the vibrating intravascular lung assist device. Also, we concluded that important design parameters were blood flow rates, fiber outer diameter and oxygen pressure drop. Based on the present results, it was believed that the optimal level of blood flow rates was 200$cm^3$/min.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제21권3호
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• pp.261-271
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• 2000

벽면운동(wall motion)과 임피던스 페이즈앵글(impedance phase angle; 압력파와 유랑파 기아의 위상차)을 고려하여 맥동유동하에 있는 복부대동맥 분기관모델에서 2차원 전산유체해석을 수행하였다. 해석결과 분기광 근처에서응 전단응력의 크기가 매우 급격한 변화를 보임을 관찰하였고 벽면운동은 전단응력의 진폭을 감소시키는 효과를 가져왔다. 임피던스 페이즈 앵글이 음의 값을 향해 갈수록 시간 평균된 벽면 전단응력(mean wall shear stress)의 값은 감소하였으나 진폭(amplitude of wall shear stress)은 오히려 증가하였다. 페이즈앵글의 영향은 평균 벽면전단응력이 영에 근접하는 외벽(outer wall or lateral wall)의 바같쪽으로 휘어지는 부분(curvature site)에서 상대적으로 크게 나타났는데 $-90^{\circ}$ 페이즈앵글(혈류파가 혈압파를 1/4주기 앞서는 경우)일 경우에 $0^{\circ}$의 경우에 비해 평균은 $50\%$정도 감소하였고 진폭은 $15\%$정도의 상승를 나타내었다. 그러므로 고혈압 환자와 같이 큰 음의 페이즈앵글을 갖는 경우, 벽면전단응력의 평균은 낮아지고 시간에 따라 변화량(진폭)은 증가하므로 low and oscillatory wall shear stress 이론에 의하면 동맥경화에 더 민감하게 된다. 비뉴턴유체로 모델링한 경우에는 뉴턴유체의 경우에 비해 벽면전단응력의 평균값이 증가하므로서 동맥경화에 덜 민감하게 된다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제21권4호
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• pp.363-372
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• 2000

벽면운동과 임피던스 페이즈앵글(압력파와 유량파 사이의 시간차)이 벽면전단응력의 크기와 분포에 미치는 영향을 규명하기 위해 맥동유동하에 있는 직선 탄성혈관에서 전산유체해석을 수행하였다. 탄성을 갖는 직선혈관의 경우에는 벽면운동과 임피던스 페이즈앵글을 고려한 섭동해가 존재하는데, 이를 본 연구의 수치해와 비교함으로 수치해의 타당성을 입증하였다. 해석결과, 혈관의 벽면운동으로 인해 축방향 속도분포와 압력구배의 값에 어떤 추가분이 발생하는 것을 관찰하였다. 이러한 추가분에 의해 벽면전단응력(wall shear stress) 및 압력구배(pressure gradient)의 진폭(amplitude: time-varying component)은 감소하고 평균값(mean: time-averaged component)에도 변화를 보였는데 그 변화의 경향은 임피던스 페이즈앵글에 따라 매우 다른 모습을 보였다. 즉, 임피던스 페이즈앵글이 음의 값을 갖게 될 수록 벽면전단응력의 평균은 감소하고 진폭은 증가하는 경향을 보였다. $\pm$4%의 벽면운동이 있는 경우 대동맥에서 임피던스 페이즈앵글의 변화 가능범위인 0$^{\circ}$에서 -90$^{\circ}$로 페이즈 앵글을 감소시켰을 때 벽면전단응력의 평균값은 10.5% 감소하고 진폭은 17.5% 증가하였다. 그러므로 고혈압환자와 같이 음의 큰 페이즈앵글을 갖는 경우 벽면 전단응력의 시간에 따른 변화량(진폭/평균)이 상대적으로 커지므로 low and oscillatory shear stress 이론에 의하면 동맥경화에 더 민감하게 된다.

• 멤브레인
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• 제31권5호
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• pp.343-350
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• 2021

본 연구에서는 다공성 중공사형 분리막(multi-bore capillary membrane module)을 생물막 반응기(MBR)에 침지시켜 운전시간에 따른 흡입 압력을 측정하였다. 공칭 세공크기가 0.2㎛, 외경이 6.4 또는 4.2 mm이고 육각 형태인 중공사형모듈을 MLSS 8,000 mg/L 활성 슬러지 수용액에 각각 침지시키고 투과 유속, 공기량에 따른 변화를 확인하였다. 여과운전/정지이완(FR) 및 정지이완 시 역세척(FR/BW) 및 사인파형 투과유속 연속운전(SFCO) 방식으로 조작하였다. SFCO의 흡입 압력은 30 L/m²·hr에서 낮았으며, 50 L/m²·hr에서는 FR의 흡입 압력이 높게 나타났다. 또한 외경이 작은 모듈의 흡입 압력 상승이 비교적 낮았으며, 외경이 큰 모듈의 흡입 압력은 높게 상승하였지만 역세척으로 40% 이상 감소시킬 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권11호
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• pp.63-74
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• 2019

동적원심모형 시험 결과를 기준으로 액상화모델과 응답이력해석 절차에 대한 검증을 시행하였다. 사용된 동적원심모형시험 결과는 LEAP-2017(Liquefaction Experiments Analysis Project)의 일환으로 시행된 결과이다. 시험을 위한 모형지반은 오타와 F-65모래를 이용하여 강성토조 내부 수면아래 상대밀도 55%, 표면경사 5°로 조성되었다. 진폭이 변화하는 주파수 1Hz 사인파형 입력운동을 강성토조 하단에 가진하였다. 수치해석은 원심모형시험의 원형스케일에 대해서 2차원 유한차분 해석기법을 이용하여 수행되었다. 지반은 전단파괴 이전 이력감쇠를 나타내며 전단 파괴기준은 Mohr-Coulomb 모델을 따르도록 모델링 되었다. 정적평형 후 반복하중으로 인한 간극수압의 변화를 묘사하기 위하여 Byrne의 액상화 모델을 적용하였다. 액상화 해석에 적합한 흐름조건을 확인을 위하여 수치해석은 배수 및 비배수 조건으로 시행하였으며, 비배수 해석조건에서 시행된 수치해석결과가 원심모형시험과 유사한 결과를 제시함을 알 수 있었다.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제2권2호
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• pp.125-168
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• 2015

Dynamic aeroelastic behavior of structurally nonlinear Joined Wings is presented. Three configurations, two characterized by a different location of the joint and one presenting a direct connection between the two wings (SensorCraft-like layout) are investigated. The snap-divergence is studied from a dynamic perspective in order to assess the real response of the configuration. The investigations also focus on the flutter occurrence (critical state) and postcritical phenomena. Limit Cycle Oscillations (LCOs) are observed, possibly followed by a loss of periodicity of the solution as speed is further increased. In some cases, it is also possible to ascertain the presence of period doubling (flip-) bifurcations. Differences between flutter (Hopf's bifurcation) speed evaluated with linear and nonlinear analyses are discussed in depth in order to understand if a linear (and thus computationally less intense) representation provides an acceptable estimate of the instability properties. Both frequency- and time-domain approaches are compared. Moreover, aerodynamic solvers based on the potential flow are critically examined. In particular, it is assessed in what measure more sophisticated aerodynamic and interface models impact the aeroelastic predictions. When the use of the tools gives different results, a physical interpretation of the leading mechanism generating the mismatch is provided. In particular, for PrandtlPlane-like configurations the aeroelastic response is very sensitive to the wake's shape. As a consequence, it is suggested that a more sophisticate modeling of the wake positively impacts the reliability of aerodynamic and aeroelastic analysis. For SensorCraft-like configurations some LCOs are characterized by a non-synchronous motion of the inner and outer portion of the lower wing: the wing's tip exhibits a small oscillation during the descending or ascending phase, whereas the mid-span station describes a sinusoidal-like trajectory in the time-domain.

• 설비공학논문집
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• 제23권10호
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• pp.670-677
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• 2011

Direct numerical simulation are performed in order to investigate the effect of the circular cylinder shape on the forced convection around a circular cylinder at the Reynolds number of 300 and Prandtl number of 0.71. Three-dimensional characteristics of fluid flow and heat transfer around the smooth, wavy and torsional cylinders are investigated. A wavy cylinder has the sinusoidal variation in the cross sectional area along the spanwise direction with the wave length of ${\pi}/3$ and wavy amplitude of 0.1. A torsional cylinder has the twisted elliptic cross section with a torsional period of ${\pi}/2$ and an axis ratio of 1.35 corresponding to the major axis of 1.15 and the minor axis of 0.85. The value of time-and surface-averaged drag coefficient for the smooth cylinder is similar to that for the wavy cylinder, but larger than that for the torsional cylinder. The time and surface-averaged lift coefficient for the smooth cylinder is larger than that for the wavy and torsional cylinders. The time-averaged local heat transfer rate for the wavy and torsional cylinders shows different distribution along the circumferential direction, compared to that for the smooth cylinder because of the shape change in the spanwise direction for the cases of the wavy and torsional cylinders.

• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제3권4호
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• pp.315-323
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• 2010

This work investigates the influence of water compressibility on pressure pulsations induced by rotor-stator interaction (RSI) in hydraulic machinery, using the commercial CFD solver ANSYS-CFX. A pipe flow example with harmonic velocity excitation at the inlet plane is simulated using different grid densities and time step sizes. Results are compared with a validated code for hydraulic networks (SIMSEN). Subsequently, the solution procedure is applied to a simplified 2.5-dimensional pump-turbine configuration in prototype with different speeds of sound as well as in model scale with an adapted speed of sound. Pressure fluctuations are compared with numerical and experimental data based on prototype scale. The good agreement indicates that the scaling of acoustic effects with an adapted speed of sound works well. With respect to pressure fluctuation amplitudes along the centerline of runner channels, incompressible solutions exhibit a linear decrease while compressible solutions exhibit sinusoidal distributions with maximum values at half the channel length, coinciding with analytical solutions of one-dimensional acoustics. Furthermore, in compressible simulation the amplification of pressure fluctuations is observed from the inlet of stay vane channels to the spiral case wall. Finally, the procedure is applied to a three-dimensional pump configuration in model scale with adapted speed of sound. Normalized Pressure fluctuations are compared with results from prototype measurements. Compared to incompressible computations, compressible simulations provide similar pressure fluctuations in vaneless space, but pressure fluctuations in spiral case and penstock may be much higher.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.374-385
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• 2013

부유 퇴적물의 입자 운동에 대한 수치실험이 굴곡이 있는 해저면 위에서 수행되었다. 해저면 경계층의 난류 유속장은 LES 난류모델을 사용하여 구현하였고, 난류 흐름 속에서의 퇴적물 입자운동은 Lagrangian 입자추적 모델을 사용하여 구현하였다. 수치실험을 통하여 두개의 다른 유속조건을 사용하였는데, 파랑주기를 비롯한 다른 모든 조건은 동일하게 유지한 가운데 오직 최대 유속만 다르게 하여 실험을 수행하였다. 예상한 것과 같이 부유되는 퇴적물 입자의 양은 유속이 강할 수록 증가하였다. 그러나 예상하지 못한 결과도 관측되었는데 그것은 비록 최대유속외에 다른 모든 조건은 동일하더라도 퇴적물이 부유되는 양상은 다르게 나타날 수 있다는 것이다. 특히 퇴적물이 부유하게 되는 시간이 위상평균한 파장 주기안에서 서로 다르게 나타나는 것이 발견되었는데, 이는 해저면 굴곡 주위에서 유속에 의해 생성되는 난류 와동의 생성시간이 다르기 때문에 일어나는 것으로 밝혀졌다. 이전의 연구에서도 알려진 바와 같이 이런 난류 와동들이 퇴적물의 부유현상에 미치는 영향은 지대한 것으로 확인되었으며, 또한 이런 와동들의 생성시간은 유속의 크기에 따라 달라 질 수 있음이 밝혀졌다. 이로인해 해저면 굴곡 위에서 퇴적물의 부유현상을 보다 정확하게 규명하기 위해서는 파랑의 여러가지 복잡한 변수들을 고려하여야 함이 이번 실험을 통하여 입증되었다. 또한 퇴적물 입자의 부유에 영향을 미치는 난류 에너지분포 역시 생성된 난류 와동에 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 이번 연구를 통하여 유속의 세기변화 만으로도 퇴적물이 부유되는 시간이 굴곡이 있는 해저면에서 바뀔 수 있는 것으로 확인되었으며, 이는 향후 퇴적물 부유에 대한 연구를 할때 해저면 구조와 유속구조의 상관관계를 보다 신중히 검토해야 함이 밝혀졌다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권5호
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• pp.368-375
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• 2018

본 연구에서는 부유식 플랫폼의 6자유도 방향으로의 주기 운동이 로터 공력 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 부유식 해상 풍력터빈에 대한 공력 해석이 수행되었다. 수치 해석을 위해 블레이드 요소 운동량 방법을 이용하였으며, 유동 박리와 후류 영향에 의한 비정상 공력 효과를 포착하기 위해 인디셜 응답 방법에 기반한 동적 실속 모델을 이용하였다. 로터에 의해 유도되는 내리 흐름은 운동량 이론과 난류 후류 상태에 대한 경험적 모델을 연계하여 계산하였다. heave, sway, surge 방향으로의 병진 운동과 roll, pitch, yaw 방향으로의 회전 운동을 포함한 플랫폼 주기 운동을 고려하였으며, 각각의 모션은 사인함수 형태로 적용되었다. 수치해석을 위한 대상 풍력터빈으로는 NREL 5MW 풍력터빈이 사용되었다. 해석 결과로부터 세 방향 병진 운동 모드 중, surge 운동 시 로터 공력 변화가 상대적으로 크게 나타났으며, 회전 운동 모드의 경우, pitch 운동에 의해 로터 공력이 크게 변화됨을 확인할 수 있었다.