• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.149-149
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• 2020

하천에서 물 흐름이 보와 댐과 같은 수공구조물을 지날 때 일반적으로 흐름상태에 다양하고 급진적인 변화가 발생한다. 특히 흐름이 구조물을 지나면서 사류(supercritical flow)로 변하고 다시 상류(subcritical flow)로 복원되면서 일어나는 도수(hydraulic jump) 현상은 수위의 급변화, 흐름 에너지 소산, 변동성이 강한 압력 분포 등이 특징이다. 이러한 흐름 특성들은 보나 여수로와 같은 수공구조물 자체의 성능뿐만 아니라 이들 수공구조물의 하류에서 발생하는 국부세굴로 인해 구조물의 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 수공구조물을 설계할 때는 이들 구조물을 통과하는 흐름의 비정상 난류 흐름 특성을 정확하게 해석하여 반영하여야 한다. 이 연구에서는 k-omega SST 난류 모형과 자유수면의 급격한 변동을 해석하기 위한 하이브리드-VOF(hybrid volume of fluid)기법을 이용하여 도수현상을 수치적으로 재현하고자 한다. 기존 CFD(computational fluid Dynamics) 모델링에서는 자유수면 변동의 영향을 고려하기 위해 VOF 기법을 많이 사용하였다. 하지면 전통적인 VOF 기법은 다상흐름(multiphase flow)을 오직 부피분율(volume fraction)의 함수로만 고려하며 모의함으로써 강한 수면변동뿐만 아니라 공기연행(air entrainment)를 동반하는 난류 흐름을 모의하는데는 한계가 있다. 이 연구에서 이용하는 Eulerian 기법인 하이브리드 VOF 기법은 물과 공기의 각 상에 대하여 흐름 특성들을 개별적으로 계산하기 때문에 공기연행을 포함한 급변류 흐름에서 전통적인 VOF 기법보다 적용성이 우수하다. 이와 같은 난류모형과 자유수면 포착기법을 이용하여 3차원 비정상 난류 흐름 수치모형을 구축하여 수공구조물 주변에서 발생하는 강한 공기연행과 난류 특성를 보이는 급변류를 수치적으로 재현한다. 이 연구는 계산된 수치해석 결과를 기존 수리실험 결과와 비교하여 수치모형의 적용성을 평가하고 도수 현상에서 발생하는 독특한 흐름 특성을 제시한다.

• 한국항해항만학회지
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• 제29권10호
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• pp.853-858
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• 2005

최근의 해안, 해양공학 분야에서는 구조물이 있는 영역의 파동을 계산하기 위해 Navier-Stokes 방정식을 기초로 한 많은 기법들이 개발되고 발전되어 왔다. 이들 중 파랑의 쇄파현상 등의 복잡한 파동현상을 재현하기 위한 수치해석 기법으로 Volume Of Fluid method (보프법)에 근거를 둔 수치해석 기법이 자주 사용되어지고 있다. 그러나 보프법은 일반적으로 방대한 계산시간과 기억용량이 요구되는 단점을 가지고 있어, 적어도 100주기 이상의 계산시간을 통한 해석이어야만 만족할 만한 결과가 나타나는 불규칙파랑의 경우, 보프법의 단독 적용으로는 현실적으로 어려워진다. 한편, 경계요소법(BEM)의 경우는 파랑을 신속하고, 정확하게 계산할 수 있으나, 비선형 현상을 재현할 수 없는 단점이 있다. 본 연구는 불규칙 파랑을 대상으로 하고, 구조물이 있는 경우의 파동현상도 계산이 가능한 수치 해석 기법의 개발을 목표로 하고 있다. 이를 위해, 두 기법의 장점을 살려 쇄파현상 등으로 인해 비선형 현상의 재현이 요구되는 영역에서는 보프법을 사용하여 계산하고, 비선형성을 무시할 수 있어 포텐셜이론이 적용 가능한 구간에서는 BEM을 사용하여 계산을 하도록 두 기법을 연결한 BEM-VOF model을 개발하였다. 개발된 수치모델의 검증은 5차 스톡스파의 파랑전파 및 불규칙파랑의 전파를 통해 수행하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.1-10
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• 2020

자유수면을 포함하는 파동장과 같이 단상의 경계가 시간발전에 따라 지속적으로 변화하는 경우나 액상과 기상이 혼합되는 문제에 있어서는 다상유동(multiphase flow) 문제를 적용하는 예가 증가하고 있다. 특히, 파동장과 같은 자유수면의 문제를 취급하는데 있어서는 혼합되지 않는 액상과 기상의 비압축성 뉴턴유체를 고려한 혼상류 모델이 적용되는 경우가 많다. 일반적으로 혼상류 모델은 각상의 경계면에 대한 시간기반 거동추적이 필수적이며, 궁극적으로는 계산의 정도를 좌우한다. 본 연구는 다양한 CFD 수치해석코드에 적용되고 있는 대표적인 VOF-type의 경계면 추적기법들의 이류성능을 평가하였다. 특히, 기존의 전통적인 VOF-type의 경계면 추적기법 및 이류계산에서 발생하는 수치확산을 최소화하기 위해 수치유속(numerical flux)을 제어하는 FCT 법의 효용성을 평가하고, 더불어 CIP 법을 활용한 자유수면 추적성능의 가능성을 고찰하였다. 그 결과, 본 연구에서 적용한 제한된 조건하에서는 수치확산 방지를 위해 수치확산방지 유속을 도입한 FCT-VOF 법이 가장 높은 경계면의 추적성능을 보였다. 본 연구에서 도출되는 결과는 다양한 수치해석코드에 적용되는 자유수면의 추적기법을 선택함에 있어서 중요한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2004년도 춘계 학술대회논문집
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• pp.224-229
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• 2004

The objective of this work is not only to perform feasibility studies on the CFD (computational fluid dynamics) analysis for the capillary system design but also to provide an enhanced understanding of the autonomous capillary flow. The capillary flow is evaluated by means of the commercial CFD software of FLUENT, which includes the VOF (volume-of-fluid) model for multiphase flow analysis. The effect of wall adhesion at fluid interfaces in contact with rigid boundaries is considered in terms of static contact angle. Feasibility studies are first performed, including mesh-resolution influence on pressure profile, which has a sudden increase at the liquid/gas interface. Then we perform both 2D and 3D simulations and examine the transient nature of the capillary flow. Analytical solutions are also derived for simple cases and compared with numerical results. Through this work, essential information on the capillary system design is brought out. Our efforts and initial success in numerical description of the microfluidic capillary flows enhance the fundamental understanding of the autonomous capillary flow and will eventually pave the road for full-scale, computer-aided design of microfluidic networks.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제11권1호
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• pp.35-41
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• 2008

월파형 파력발전장치는 월류된 파랑으로 인하여 발생한 수두차를 이용하여 터빈을 구동하는 일종의 파랑에너지 변환장치로써 파랑에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 본 연구에서는 먼저 상용 CFD코드 인 Fluent를 사용하여 수치조파수조를 구현하고, Reynolds-Averaged Navier-Stokes 방정식과 VOF 모델을 이용하여 2차원 수치 선형 규칙파를 생성한 후 이를 계산 결과와 비교 검증을 수행하였다. 다음으로 월류 성능의 최적 설계점과 파력발전 장치의 월류 충전량을 고찰하기 위하여 여러 가지 파랑조건과 형상변수들에 대하여 계산을 수행 하였다.

• 한국해양공학회지
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• 제24권6호
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• pp.16-22
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• 2010

In this paper, the diffraction problems for fixed offshore structures are solved using a hybrid scheme. In this hybrid scheme, potential-based solutions and the Navier-Stokes-based finite volume method (FVM) with a volume-of-fluid (VOF) method are combined. We introduce a buffer zone for efficient wave-making and damping. In this buffer zone, the near field solution from FVM-VOF is gradually changed to Stokes' 2nd order wave solutions. Three different models, including the truncated cylinder, sphere, and wigleyIII model, are numerically investigated in regular waves with a wave steepness of 1/30. The efficiency and accuracy of the hybrid scheme are numerically validated from results using different domain sizes and buffer zones. The wave exciting forces from the FVM-VOF simulations are compared with experiments and potential-based solutions from the higher-order boundary element method (HOBEM). This comparison shows good agreement between the hybrid scheme and potential-based solutions.

• 한국해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해양공학회 2006년 창립20주년기념 정기학술대회 및 국제워크샵
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• pp.377-381
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• 2006

Recently, as economy grow and population increase we need to develop our coastal area and make good use of it for various purposes. That's why large structures are being installed on the sea. Some samples are petroleum storage tanks, pier of sea bridges. These are large structures which have been installed at coastal area. When we design such vertical cylinder, we should avoid too much construction expense caused by excessive designing or by lack of sufficient design. In order to prevent excessive expenditure, it is important to correctly calculate the force of waves acting on structures and predict the wave transformation. In this study, apply to VOF method based on Navier-Stokes equation and then discussed that nonlinear wave force and wave transformation. A comparison between the numerical model and existing experimental results showed nice agreement among them.

• 한국전산유체공학회지
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• 제20권4호
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• pp.1-6
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• 2015

Centrifugal pumps consume considerable amount of energy in various industrial applications. Therefore, improvement of the efficiency of these machines has become a major challenge. Cavitation is a phenomenon which decreases the pump efficiency and even causes structural demage. Hence, the goal of this paper is to investigate the cavitation problem in the single-stage and double-stage centrifugal pumps. The Volume of Fraction (VOF) method has been used for the numerical simulations together with Rayliegh-Plesset model for the gas-liquid two-phase flow inside the pump. In order to capture the turbulent phenomena, the standard k-${\varepsilon}$ turbulence model has been adopted, and the simulations have been done as unsteady cases. In addition, the motion of the rotating parts has been simulated using Multi Reference Frame(MRF) method. The results are presented and compared in terms of hydraulic head and NPSH for both the single-stage and double-stage pumps. The H-Q curves show the effects of cavitation on decreasing the pumps performances.

• 한국생산제조학회지
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• 제21권6호
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• pp.946-953
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• 2012

When water shortage has been getting worse recently, toilet water-saving is one of the most effective way to solve the water shortage. Therefore, in this study, toilet flushing performance was investigated with VOF(Volume Of Fluid) model to obtain the basic design data for the development of high-efficiency toilets. The result showed that the shorter trapway, the longer the flushing duration time. However, the shorter trapway is found to have disadvantage in exhausting dirt due to relatively weak siphon and higher curvature. Since the remaining water in a trapway appears to help siphon, it is also an important factor in developing high-efficiency toilets. Although higher water level in the water tank shows better performance in flushing, lower water level is preferred to save water. Too low water level may cause dirt to clog the trapway due to relatively weak siphon.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권7호
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• pp.593-602
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• 2016

본 연구에서는 근접연계방식의 초음속기체 금속분말 미립화장치에 대한 수치해석을 수행하였다. 액체금속의 미립화 과정에서 발생하는 1, 2차 액적분열을 모사하기 위해서 난류 모델을 선정하고 VOF(Volume of Fluid), DPM(Discrete Phase Model) 해석을 차례대로 수행하였다. 해석결과, Level-Set function 분포도를 통해 1차 분열액적의 직경을 계산할 수 있었으며 이 데이터를 DPM 해석에 반영해 도메인 출구에서 수집된 입자들의 최종직경분포를 확인할 수 있었다.