• 한국환경과학회지
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• 제11권7호
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• pp.679-686
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• 2002

Turbulence greatly influence on atmospheric flow field. In the atmosphere, turbulence is represented as turbulent diffusion coefficients. To estimate turbulent diffusion coefficients in previous studies, it has been used constants or 2-level method which divides surface layer and Ekman layer. In this study, it was introduced Smagorinsky method which estimates turbulent diffusion coefficient not to divide the layer but to continue in vertical direction. We simulated 3-D flow model and TKE equation applied turbulent diffusion coefficients using two methods, respectively. Then we showed the values of TKE and the condition of each term to TKE. The results of Smagorinsky method were reasonable. But the results of 2-level method were not reasonable. Therefor, it had better use Smagorinsky method to estimate turbulent diffusion coefficients. We are expected that if it is developed better TKE equation and model with study of computational method in several turbulent diffusion coefficients for reasonably turbulent diffusion, we will able to predict precise wind field and movements of air pollutants.

• 대한조선학회논문집
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• 제41권4호
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• pp.1-8
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• 2004

As a computer has been continuously progressed to reduce R&D time and cost, the study of the flow physics has been significantly relied on the numerical method. Recently, Large Eddy Simulation(LES) has been widely used in CFD community to accurately capture the turbulent flows. The LES code requires high accuracy in time, as well as in space. Also, it should have strong robustness to ensure the convergence in various complicated flows. The objective of the present work is to develop a base code for LES simulation, having 2$^{nd}$ order accuracy in time and 4$^{th}$ order accuracy in space. To achieve the present objective, the four-step fractional step method was enhanced by adopting compact Pade'scheme. The standard Smagorinsky model was implemented for the first stage of the present code development. The flows over a cylinder and an airfoil were successfully simulated. and an airfoil were successfully simulated.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.69-84
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• 2020

자연 해빈은 해양환경에 따라 침·퇴적을 반복하며 고 파랑에 의해 해빈이 대규모로 침식되더라도 폭풍이 잦아들고 다시 너울이 우세한 해양환경이 회복되는 경우 점진적으로 복원되며, 이러한 해빈 복원은 경계층 streaming을 통해 이루어진다. 이처럼 경계층 streaming은 그 공학적 가치에도 불구하고 해안에서 가용한 표사의 대부분이 공급되는 쇄파 역에서의 경계층 streaming에 대한 우리의 이해는 아직 상당히 부족하다. 이러한 인식에 기초하여 본 연구에서는 쇄파역 경계층 streaming 수리특성을 살펴보기 위해 단조 해안과 사주를 포함한 해안에서의 천수 과정을 수치모의하였다. 수치 모의는 Spatially filtered Navier-Stokes Eq., LES(Large Eddy Simulation), Dynamic Smagorinsky 난류모형으로 구성된 정교한 수치모형에 기초하여 수행되었으며, 이 과정에서 k-ε 난류모형과 LES Turbulence Closure가 모의결과에 미치는 영향도 함께 살펴보았다. 모의결과 해안공학계에 잘 알려진 k-ε 난류모형의 한계로 인해 wall function에 기반한 k-ε 난류모형의 경우 LES와 비교하면 저면 인근 유속이 다소 과다하게 모의 되었다. 또한, 바닥과 가까운 해역에서의 유속이 바닥의 영향으로부터 비교적 자유로운 상층부에서의 유속보다 우월한 Longuet-Higgins(1957)가 이야기하는 전형적인 경계층 streaming이 천수 초입부에서부터 쇄파 역 깊숙이까지 존재하는 것을 확인하였다. 또한, 주기가 상대적으로 긴 경우 경계층 streaming의 세기와 생성범위는 해안 방향으로 확대되며 이러한 경향은 경계층 streaming이 바닥 인근에서 진행되는 마찰로 인한 파랑에너지손실로 결과되며 주기가 긴 경우 천수 과정이 일찍 시작된다는 사실을 상기하면 충분히 수용 가능해 보이며, Longuet-Higgins(1957)의 해석 해에서도 같은 경향을 확인할 수 있다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.193-204
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• 2011

역동적인 파랑에 노출되는 경우 다양한 failure mode를 쉽게 드러내는 Oil boom의 성능을 개선하기 위해 가장 정교한 파랑모형인 spatially filtered Navier-Stokes 식을 LES (Large Eddy Simulation), 잔차응력에 대한 LDS (Lagrangian Dynamic Smagorinsky 모형), SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) 기법을 활용하여 해석하는 새로운 수치모형이 제언되었다. 이어 부유식 Oil Boom의 누유특성을 규명하기 위해 oil spill, progressive wave, oil boom의 상호작용을 oil boom이 계류삭에 고정되어있는 경우와 oil boom의 excursion이 허용된 경우에 대해 각각 수치모의 하였다. 모의결과 oil boom의 skirt 길이가 수심의 30% 이상이고 excursion이 허용된 경우 oil spill의 차폐 기능은 극대화되는 것으로 밝혀졌다. 이와 더불어 y = 1~2 m 사이에 오일막과 해수의 경계층에서 생성된 와류가 저면으로 확산되면서 시계방향과 반 시계방향의 와류가 엇갈리게 생성되는 coherent eddies가 관측되어 수리실험을 통해 그 존재가 알려진 Kelvin-Helmholz파의 성장과정과 계면으로부터의 일탈과정이 수치모의된 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제24권11호
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• pp.1523-1534
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• 2000

The performance of a number of existing dynamic subgrid-scale(SGS) models is evaluated in large-eddy simulations(LES) of two prototype transitional and turbulent shear flows, a planar jet and a channel flow. The dynamic SGS models applied include the dynamic Smagorinsky model(DSM);Germano et al. 1991, Lully 1992), the dynamic tow-component model(DTM; Akhavan et al. 2000), the dynamic mixed model(DMM;Zang et al, 1993). and the dynamic two-parameter model(DTPM; Salvetti & Banerjee 1995). The results are compared with those for DNS for their evaluation. The LES results demonstrate the superior performance of DTM with use of a sharp cutoff filter and DMM with use of a box filter, as compared to their respect counterpart DSM, in predicting the mean statistics, spectra and large-scale structure of the flow, Such features of DTM and DMM derive from the construction of the models in which tow separate terms are included to represent the SGS interactions; a Smagorinsky edd-viscosity term to account for the non-local interactions, and a local-interaction term to account for the nonlinear dynamics between the resolved and subgrid scales in the vicinity of the LES cutoff. As well, overall the SGS models using a sharp cutoff filter are more successful than those using a box filter in capturing the statistics and structure of the flow. Finally, DTPM is found to be compatible or inferior to DMM.

• 동력기계공학회지
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• 제4권3호
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• pp.40-47
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• 2000

The turbulent flow with wake, reattachment and recirculation flow is very important from the viewpoint of engineering. But that is still difficult because of especially the unsteady problems which are related with the vehicle dynamics and the aerodynamics noise. This paper evaluate LES that can analyze about all fluid flow region including the laminar, transition and turbulent. So we compare the results of LES with those of PIV measurement and Reynolds averaging models. In conclusion, LES predicts flow behavior better than Reynolds averaging models.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2011년 춘계학술대회논문집
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• pp.407-413
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• 2011

VIC (Vortex-In-Cell) method for viscous incompressible flow is presented to simulate the wake behind a modified NACA16 foil. With uniform rectangular grid, the velocity in field is calculated using streamfunction from vorticity field by solving the Poisson equation in which FFT(Fast Fourier Transform) is combined with 2nd order finite difference scheme. Here, LES(Large Eddy Simulation) with Smagorinsky model is applied for turbulence calculation. Effective viscosity is formulated using magnitude of strain tensor(or vorticity). Then the turbulent diffusion as well as viscous diffusion becomes particle strength exchange(PSE) with averaged eddy viscosity. The well-established panel method is combined to obtain the irrotational velocity and to apply the no-penetration boundary condition on the body panel. And wall diffusion is used for no-slip condition numerical results of turbulent stresses are compared with experimental results (Bourgoyne, 2003). Before comparing process, LES(Large Eddy Simulation) SGS(Subgrid scale) stress is transformed Reynolds averaged stress (Winckelmans, 2001).

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권6호
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• pp.461-470
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• 2011

Abrupt and gradual levee breach analyses on the flat domain were implemented by laboratory experiments and numerical simulations. To avoid the reflective wave from the side wall the experiment was performed in a large domain surrounded by waterway. A numerical model was developed for solving the two-dimensional gradual levee breach flow. The results of the numerical simulation developed in this study showed good agreement with those of the experimental data. However, even if the numerical schemes effectively replicated the trends of the observed water depth for the first shock, there were little differences for the second shock. In addition, even though the model considered the Smagorinsky horizontal eddy viscosity, the location and height of the hydraulic jump in the numerical simulation were not fairly well agree with experimental measurements. This shows the shallow water equation solver has a limitation which does not exactly reproduce the energy dissipation from the hydraulic jump. Further study might be required, considering the energy dissipation due to the hydraulic jump or transition flow from reflective wave.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권4호
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• pp.343-351
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• 2016

초임계 환경에서 작동하는 와류형 분사기의 극저온 질소 분무특성을 3차원 LES 수치기법을 적용하여 연구하였다. 초임계 상태에서 질소의 상태량을 예측하기 위해 초임계 상태에서 적용되는 상태방정식들을 비교하여 가장 정확한 SRK 상태방정식을 적용하였다. 또한 점성계수와 열 전도도는 Chung이 제안한 고압상태 혼합물에 대한 방정식을 적용하였으며 확산계수는 Fuller의 이론에 Takahashi가 제안한 방정식을 적용하였다. 질소로 채워진 50bar의 챔버에 5bar의 차압으로 질소를 분무하여 수치해석을 수행하였다. FFT를 이용한 주파수 분석을 통해 대수적 Smagorinsky와 동적 Smagorinsky를 실험결과와 비교하여 동적모델이 더 적합함을 판단하였다. 분사기 내부의 액막, 가스층에서 나타나는 불안정성과 분사기 외부에서 나타나는 불안정성의 원인에 대해 분석하고, 불안정성이 분사기 내부로 전파되는 현상에 대해 조사하였다. 또한 분무각에 대하여 실험 결과와 비교 검증하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.55-68
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• 2020

너울이 우세한 온화한 해양환경에서 출현하는 beach cusp에서의 경계층 streaming 수리특성을 살펴보기 위해 edge waves의 천수 과정을 수치 모의하였다. Beach cusp을 유지하는 것으로 알려진 synchronous edge waves는 같은 주기와 파고를 지니는 두 개의 Cnoidal wave가 전면해역에서 비스듬히 조우 되도록 조파하여 재현하였다. Beach cusp의 진폭 A_B과 파장 L_B은 맹방 해변에서 수행된 관측결과를 토대로 각각 1.25 m, 18 m로 선정하였다. 모의결과 천수 각 단계에서 예외 없이 경계층 streaming을 관측할 수 있었으며 최대 경계층 streaming은 사주 정점에서 발생하였다. 주기가 가장 짧은 RUN 1의 경우 그 세기는 약 0.32 m/s 내외에 분포하며 이러한 수치는 free stream 유속 u_∞ 진폭의 두 배에 달하는 것으로 wave Reynolds 응력에 기반한 Longuet-Higgins(1957)의 해석 해와는 상당한 차이를 보였다. 수치 모의과정에서 온화한 해양환경에서 해빈이 복원되는 과정을 특정할 수 있었으며 이 과정을 정리하면 다음과 같다: 너울로 구성된 파랑 무리에서 성분 파랑 간의 공진성 상호작용으로 생성된 외 중력파가 쇄파선 인근에 도달하는 경우 중력으로 인한 가속이 더해진 Phase II 파랑 궤도 운동으로 수면 가까이 상승한 많은 모래가 쇄파 시 발생하는 파 마루로부터 시작된 up-rush에 의해 전 빈 정점 가까이 이동하며 이 과정에서 발생하는 침투로 인해 퇴적되는 것으로 모의 되었다.