• Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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• 제21권3호
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• pp.109-124
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• 2017

The numerical solution of the Stokes equation with discontinuous viscosity and singular force term is challenging, due to the discontinuity of pressure, non-smoothness of velocity, and coupled discontinuities along interface.In this paper, we give an efficient algorithm to solve this problem by employing spectral Legendre and Chebyshev approximations.First, we present the algorithm for a problem defined in rectangular domain with straight line interface. Then it is generalized to a domain with smooth curve boundary and interface by employing spectral element method. Numerical experiments demonstrate the accuracy and efficiency of our algorithm and its spectral convergence.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 1999년도 춘계 학술대회논문집
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• pp.171-176
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• 1999

In the present paper, three types of the flow solvers were used to investigate the influence on the airfoil shape optimization. The adopted equations, i.e., Euler , thin layer Navier- Stokes and full Navier-Stokes ones, are solved using implicit LU-ADI decomposition scheme. The feasible direction algorithm with the sinusoidal function was used as an optimization algorithm. The present numerical method was applied to the drag minimization problems under the initial shape of NACA0012 airfoils.

• 대한수학회지
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• 제46권5호
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• pp.1007-1025
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• 2009

First-order least-squares method of a distributed optimal control problem for the incompressible Stokes equations is considered. An optimality system for the optimal solution are reformulated to the equivalent first-order system by introducing the vorticity and then the least-squares functional corresponding to the system is defined in terms of the sum of the squared $H^{-1}$ and $L^2$ norms of the residual equations of the system. Finite element approximations are studied and optimal error estimates are obtained. Resulting linear system of the optimality system is symmetric and positive definite. The V-cycle multigrid method is applied to the system to test computational efficiency.

• 대한기계학회논문집B
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• 제21권3호
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• pp.392-404
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• 1997

The flow induced by the oscillatory motion of a solid body is important in a number of practical problems. As the solid boundary oscillates harmonically, there is steady streaming motion invoked by the Reynolds stresses, which could cause extensive migration of the fluid during a period of fluid motion. We here analyzed the flow in a square cavity with an oscillating top wall for the parameters which make the time derivatives and the convective terms equally important in the entire cavity flow. The full Navier-Stokes equations are solved by the second-order time accurate Momentum Coupling Method which is devised by the authors. The particular numerical scheme does not need subiteration at each time step which is usually a required process to calculate the incompressible Navier-Stokes equations. The effect of two parameters, the Reynolds number and the frequency parameter, on the oscillatory flow has been investigated.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.671-680
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• 2007

본 연구의 최종 목적은 유체가 빠른 속도로 가해지는 물체의 경계면에서 흡입(suction) 혹은 방출(injection)을 통해 유체를 제어함으로 드래그(drag)를 감소하고자 하는 것이다. 그러나 유체는 대용량, 비선형성을 가지고 있어서 직접적인 해석은 물론, 최적화를 적용한다는 것은 매우 어려운 일이다. 이를 위해 우리는 새로운 알고리즘과 기법들을 개발하였다. 본 연구에서는 이 기법들에 대한 검증을 하고, 나아가 최적화 기법을 사용하여 드래그를 감소하기 위해 흡입량과 방출량을 구하였다. 그리고 이 흡입과 방출을 가할 수 있는 구멍의 수와 위치에 따른 변화를 알아보았다. 본 연구에서 개발된 알고리즘과 기법들을 사용하였을 경우, 기존에는 해결 할 수도 없었던 문제를 가능하게 만들었으며, 기존에 저자가 1차로 개발한 바 있는 방법에 비해서도 더욱 효과적이라는 것을 입증하였다. 그리고 드래그 감소라는 차원에서 본다면 흡입과 방출을 가할 수 있는 구멍의 숫자가 많을수록 효과가 높으나 그다지 많은 수를 필요로 하지 않는다는 것을 알게 되었으며, 구멍의 위치는 유체의 경계층이 분리되는 약간 아래가 가장 최적의 위치라는 것을 알게 되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권9호
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• pp.34-40
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• 2005

본 연구에서는 비정상 유동해석을 위한 CFD 코드의 개발을 위해 대각화 ADI 기법을 적용한 정상 해석기법과 내재적 이중시간 전진기법을 도입하였다. 정상상태 Navier-Stokes 방정식의 Jacobian 행렬은 비점성항에 대해서만 적용하였고 여기에 내재적 인공점성 연산자를 첨가하여 블록 5대각 행렬을 유도하였다. 시간단축을 위해 스칼라 5대각 행렬로 대체하였다. 가상시간에 대한 정상상태기법에 실시간에 대한 미분항이 포함된 새로운 잔류항을 정의하였다. 가상시간에 대해 수렴된 해로부터 실시간 해를 구하고 시간에 대해 적분을 수행하는 내재적 이중시간 전진기법을 이용한 비정상 Navier-Stokes 코드를 개발하였다. 이에 대한 검증으로 정지한 유체속에 진동하는 평판문제, 원기둥 후방의 주기적인 Karman 와류생성, 이중원호 익형주위의 충격파 진동문제등을 수치해석하여 이론치, 실험치, 타연구자의 계산결과와 비교, 분석하였다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2006년도 추계 학술대회논문집
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• pp.193-198
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• 2006

It takes a lot of time and effort to generate grids for numerical analysis of problems with ground effect because the relative attitude and height of airfoil should be maintained to the ground as well as the inflow. A low Mach number preconditioned turbulent flow solver using the overlap grid technique has been developed and applied to the ground effect simulation. It has been validated that the present method using the multi-block grid gives us highly accurate solutions comparing with the experimental data of the RAE 101 airfoil in an unbounded condition. Present numerical method has been extended to simulate ground effect problems by using the overlapped grid system to avoid tedious work in generating multi-block grid system. An extended method using the overlapped grid has been verified and validated by comparing with results of multi-block method and experimental data as well. Consequently, the overlapped grid method can provide not only sufficiently accurate solutions but also the efficiency to simulate ground effect problems. It is shown that the pressure and aerodynamic centers move backward by the ground effect as the airfoil approaches to the ground.

• 대한조선학회논문집
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• 제36권4호
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• pp.37-47
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• 1999

본 논문에서는 접수(water entry) 및 이수(water exit) 문제를 유동장의 지배방정식인 2차원 비압축성 Navier-Stokes방정식을 일반좌표계(generalized coordinate system)에서 유한체적법(Finite Volume Method)으로 이산화 하여 해석하였다. 강체의 접수 또는 이수 상황에서 발생하는 자유수면 변형에 대한 처리는 Level-Set[11]기법을 사용하였다. 수치계산결과에서 접수에 대한 유체충격력에 대한 계산결과는 쐐기(wedge)형과 flared-ship 단면의 실험결과[5]와 비교하였으며, 원형실린더의 이수문제에서는 시간에 따른 자유수면의 변형 및 유동장의 특징을 살펴보았다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권10호
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• pp.1139-1146
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• 2012

P1 비순응 요소를 이용하여 정상 비압축성 Navier-Stokes 유동의 위상최적화 문제를 푸는 방법을 제시한다. 본 연구는 Stokes 유동의 위상최적화 문제에 P1 비순응 요소를 적용하여 그 수치적 효용성을 보인바 있는 이전 연구에 대한 후속 연구이다. 비압축성 물질 해석에서 잠김현상이 발생하지 않으며 선형형상함수를 가지는 P1 비순응 요소의 장점이 관성항을 가지는 유체 문제의 해석과 설계에도 유효한 지를 파악하고자 한다. 일반적으로 사용되는 혼합정식화법과 비교하여 P1 비순응 요소의 사용은 벌칙 함수를 이용하여 연속 방정식을 따로 사용하지 않고 운동방정식에 부과할 수 있기 때문에 자유도의 개수를 감소시킬 수 있다. 벌칙 파라미터가 해의 정확도에 주는 영향과 적정 범위는 수치적으로 검토하도록 한다. 또한 보통의 사각 비순응 요소들이 요소면의 중앙에 절점을 가지고 고차의 형상함수를 지니는데 비하여, 본 연구에서 제시하는 P1 비순응 요소는 요소의 꼭지점에 절점을 가지고 {1, x, y}의 P1 형상함수로 구성됨으로써 수치적인 구현의 용이함이 일반 선형 사절점 요소와 동일하다. 제안한 방법의 효용성을 다양한 레이놀즈수에 따른 유동최적화 문제들을 살펴봄으로써 검증하도록 한다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2005년도 추계 학술대회논문집
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• pp.117-124
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• 2005

Splitting algorithms of the incompressible Navier-Stokes equations using P1P1/P2P1 finite element formulation are newly proposed. P1P1 formulation allocates velocity and pressure at the same nodes, while P2P1 formulation allocates pressure only at the vertex nodes and velocity at both the vertex and mid nodes. For comparison of the elapsed time and accuracy of the two methods, they have been applied to the well-known benchmark problems. The three cases chosen are the two-dimensional steady and unsteady flows around a fixed cylinder, decaying vortex, and impinging slot jet. It is shown that the proposed P2P1 semi-splitting method performs better than the conventional P1P1 splitting method in terms of both accuracy and computation time.