• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.30 no.6 s.249
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• pp.553-559
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• 2006

Most diesel injector, which is currently used in high-pressure common rail fuel injection system of diesel engine, is driven by the solenoid coil energy for its needle movement. The main disadvantage of this solenoid-driven injector is a high power consumption, high power loss through solenoid coil and relatively fixed needle response's problem. In this study, a prototype piezo-driven injector, as a new injector mechanism driven by piezoelectric energy based on the concept of inverse piezo-electric effect, has been designed and fabricated to know the effect of piezo-driven injection processes on the diesel spray structure and internal nozzle flow. Firstly we investigated the spray characteristics in a constant volume chamber pressurized by nitrogen gas using the back diffusion light illumination method for high-speed temporal photography and also analyzed the inside nozzle flow by a fully transient simulation with cavitation model using VOF(volume of fraction) method. The numerical calculation has been performed to simulate the cavitating flow of 3-dimensional real size single hole nozzle along the injection duration. Results were compared between a conventional solenoid-driven injector and piezo-driven injector, both equipped with the same micro-sac multi-hole injection nozzle. The experimental results show that the piezo-driven injector has short injection delay and a faster spray development and produces higher injection velocity than the solenoid-driven injector. And the predicted simulation results with the degree of cavitation's generation inside nozzle for faster needle response In a piezo-driven injector were reflected to spray development in agreement with the experimental spray images.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• v.11 no.2
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• pp.883-898
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• 2019

This paper employs computational tools to predict power increase (or speed loss) and propulsion performances in waves of KVLCC2. Two-phase unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes equations have been solved using finite volume method; and a realizable k-ε model has been applied for the turbulent closure. The free-surface is obtained by solving a VOF equation. Sliding mesh method is applied to simulate the flow around an operating propeller. Towing and self-propulsion computations in calm water are carried out to obtain the towing force, propeller rotating speed, thrust and torque at the self-propulsion point. Towing computations in waves are performed to obtain the added resistance. The regular short head waves of λ/LPP = 0.6 with 4 wave steepness of H/λ = 0.007, 0.017, 0.023 and 0.033 are taken into account. Four methods to predict speed-power relationship in waves are discussed; Taylor expansion, direct powering, load variation, resistance and thrust identity methods. In the load variation method, the revised ITTC-78 method based on the 'thrust identity' is utilized to predict propulsive performances in full scale. The propulsion performances in waves including propeller rotating speed, thrust, torque, thrust deduction and wake fraction, propeller advance coefficient, hull, propeller open water, relative rotative and propulsive efficiencies, and delivered power are investigated.

• Journal of Ocean Engineering and Technology
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• v.21 no.1 s.74
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• pp.31-39
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• 2007

Recently, the nonlinear dynamic responses among waves, submarine pipeline and seabed have become a target of analyses for marine geotechnical and coastal engineers. Specifically, the velocity field around the submarine pipeline and the wave-induced responses of soil, such as stress and strain inside seabed, have been recognized as dominant factors in discussing the stability of submarine pipeline. The aim of this paper is to investigate nonlinear dynamic responses of soil in seabed, around submarine pipeline, under wave loading. In order to examine wave-induced soil responses, first, the calculation is conducted in the whole domain, including wave field and the seabed, using the VOF-FDM method. Then, velocities and pressures, which are obtained on the boundary between the wave field and the seabed, are used as the boundary condition to compute the wave-induced stress and strain inside seabed, using the poro-elastic FEM model, which is based on the approximation of the Biot's equations. Based on the numerical results, the characteristics of wave-induced soil responses around submarine pipeline are investigated, in detail, inrelation to relative separate distance of the submarine pipeline from seabed. Also, the velocity field around the submarine pipeline is discussed.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.spc1
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• pp.1037-1048
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• 2023

Fishways are constructed to ensure the fish migration because river-crossing structures such as dams and weirs cut off the stream longitudinal connectivity and influence on aquatic ecosystems. However, the passage efficiency of fishes varies depending on flow characteristics in the fishway and fish species. In this study, three-dimensional numerical simulations are carried out using a RANS model and the volume of fluid method for resolving free surface fluctuations to calculate the turbulent flow in the pool and weir type fishway. The Flow velocity and turbulent kinetic energy in the pool of fishway are analyzed according to variation of the upstream water level and the length of pool. The present numerical simulations reasonably well reproduce the stream flow and plunging flow characteristics in the pool. The simulation results show that the stream flow changes to the plunging flow as the length of the pool increases. When the upstream level increases, the stream flow becomes more evident. Key parameters related to the fish migration within the fishway such as the flow velocity and the turbulent kinetic energy are examined to assess the ascending possibility of fishes.

• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.24 no.7
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• pp.930-938
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• 2018

Underwater noise radiated from submarines is directly related to the probability of being detected by the sonar of an enemy vessel. Therefore, minimizing the noise of a submarine is essential for improving survival outcomes. For modern submarines, as the speed and size of a submarine increase and noise reduction technology is developed, interest in flow noise around the hull has been increasing. In this study, a noise analysis technique was developed to predict flow noise generated around a submarine shape considering the free surface effect. When a submarine is operated near a free surface, turbulence-induced noise due to the turbulence of the flow and bubble noise from breaking waves arise. First, to analyze the flow around a submarine, VOF-based incompressible two-phase flow analysis was performed to derive flow field data and the shape of the free surface around the submarine. Turbulence-induced noise was analyzed by applying permeable FW-H, which is an acoustic analogy technique. Bubble noise was derived through a noise model for breaking waves based on the turbulent kinetic energy distribution results obtained from the CFD results. The analysis method developed was verified by comparison with experimental results for a submarine model measured in a Large Cavitation Tunnel (LCT).

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.17 no.3
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• pp.182-188
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• 2014

In an oscillating water column (OWC)-type wave energy conversion system, the performance of the OWC chamber depends on the chamber shape, as well as the incident wave direction and pressure drop produced by the turbine. Although the previous studies on OWC chambers have focused on wave absorbing performance in ideal operating conditions, incident waves do not always arrive normally to the OWC chamber in real sea conditions, especially in fixed devices. The present study deals with experiments and numerical calculations to investigate the effects of wave direction on the performance of the OWC chamber. The experiments were carried out in a three-dimensional wave basin for five different wave directions, including the effect of turbine using the corresponding orifice. The wave elevation inside the chamber was measured at the center point under various incident wave conditions. The numerical study was conducted by using a numerical wave tank-based volume-of-fluid model to compare the results with experimental data and to reveal the detailed flows around the chamber.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.245-245
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• 2022

최근 국내 기후변화에 따른 국지성 집중호우로 인한 시간당 강우량의 증가로 도로부 유출량의 증가와 배수관거에서의 내수배제 불량에 따른 도심지 내수침수 피해가 증가함에 따라 이를 해결하기 위한 우수유출저감시설이 설치되고 있다. 그러나 대단위의 지하 저류시설의 지속적인 설치는 과밀화된 도심지에서 설치 지하공간의 구조적인 한계 및 적정 설치 위치의 미확보 등의 다양한 문제가 발생하여 저류시설의 침수저감 효과에 대한 추가적이고 새로운 저류시설에 대한 연구가 필요한 실정이다. 이에 내수 침수 저감 및 배수 능력 향상을 위한 도로 배수시설과 연계된 도로 측구부 저류시스템 구축이 필요하다. 이를 위해 역류 방지 및 노면수 저류 빗물받이에 적용되는 부력식 역류차단장치를 개발하였으며, 역류차단장치의 최적 형상 개발을 위해서 기존 빗물받이 연결관과의 통수능 비교 및 분석이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 빗물받이 연결관 및 연결관 내에 역류차단장치가 적용된 역류차단 빗물받이의 흐름분석을 위해 Fluent 모형을 이용하여 3차원 수치모의를 수행하였다. 수치모의 구성으로는 전체 형상을 40×50cm의 빗물받이 유입부와 50×50cm의 빗물받이로 결정하고 격자는 빗물받이 내부의 복잡한 3차원 흐름을 모의하기 위해 1.2~2mm 크기로 생성하였다. 다상유동 해석을 위해 VOF(Volume of Fluid)방법을 적용하였고, 수치해석 방법으로는 비정상류, 난류 모형으로는 SST k-𝜔모형을 적용하였다. 해석조건으로는 김정수(2021) 등이 제시한 4차선 기준 설계빈도별(5~30년) 빗물받이 유입유량을 산정하여 빗물받이 유입조건으로 선정하였으며, 빗물받이와 연결관에서의 통수능력 분석 조건으로는 빗물받이에 기존 연결관이 부착된 조건과 연결관 내에 역류차단장치가 설치되어 역류차단장치가 개방된 조건에서의 통수능을 비교하였으며, 역류상황을 가정한 연결관에서의 통수능을 비교하기 위하여 역류차단장치의 개폐정도를 15도(통수단면 33%감소) 닫힌 상태 및 30도(통수단면 67% 감소) 닫힌 상태 조건을 대상으로 빗물받이와 연결관에서의 흐름을 모의하였다. 수치모의 결과 역류차단장치의 계폐조건에 상관없이 5년 빈도유입량 조건에서는 완전 배수가 되었으며, 개폐조건 15도에서는 10년 빈도의 유입량에서는 완전 배수가 되었으나 20년 빈도 이상의 유입량 조건에서 빗물받이 유입부로의 역류가 발생하였으며, 개폐조건 30도에서는 5년 빈도 이상 유입량 조건에서 빗물받이 유입부로 역류가 발생하는 것으로 나타났다. 특히, 30년 빈도 이상의 유입량부터는 빗물받이 연결관 내에 역류차단장치 개페조건과 관계없이 빗물받이 유입부로의 역류로 인한 도로 침수가 발생하기 때문에 유휴공간인 도로 측구부를 저류공간으로 활용할 수 있는 도로 측구부 저류시스템의 구축은 필수적이라고 판단되며, 유량 조건에 따른 빗물받이 내부 와 흐름과 유출부에서의 유속 변화 특성을 확인하였다. 그러므로 측구 저류조 개발 형상과 연결한 3차원 흐름의 구현 및 분석에 Fluent 모형의 적용이 가능하다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.234-234
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• 2022

도로에서의 우수를 원활하게 처리하기 위해서 빗물받이 및 연결관 등의 노면 배수시설이 설치되고 있으며, 노면 배수는 측구부를 통해 흘러 빗물받이 유입부로 차집되고 연결관을 통해 하수관거로 배수된다. 그러나 최근 국내 기상패턴의 변화로 국지성 집중호우와 같이 시간당 강우량 증가로 도로부와 저지대에서 배수시설의 배수불량에 따른 도심지 내수침수 피해가 발생하고 있다. 이에 정부에서는 다양한 우수관거 개선사업, 빗물펌프장, 지하저류조와 같은 방재시설을 설치하고 있으나 우수유출저감시설은 대규모 예산이 소요되고 실제 침수지역에 피해 저감효과에 대한 효용성 문제에 대한 제기뿐만 아니라 과밀화된 도심지에서는 지하공간 활용에 한계가 있는 실정이므로 도심지의 다양한 공간을 활용한 도시 배수 및 저류시설에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 유휴 공간인 도로 측구부 공간을 활용하여 도로 노면수를 저류 및 지체할 수 있는 노면수 측구 저류시설의 개념을 제시하고 측구저류조의 활용성을 판단하기 위하여 빗물받이 유입구, 빗물받이, 측구 저류조 및 빗물받이와 측구저류조 연결부에서의 노면수 유입, 유출 및 저류 등의 다양한 흐름 변화를 확인하기 위하여 Fluent 모형의 적용성을 분석하였다. 수치모의 전체 형상은 50x50cm 크기의 빗물받이를 기준으로 양쪽에 2m 길이의 측구 저류조를 원형관으로 연결하여 1/5 축소모형으로 구성하고 격자는 빗물받이 유입부, 빗물받이 및 측구 저류조 내부의 복잡한 3차원 흐름을 모의하기 위해 사면체와 육면체로 조밀하게 생성하였다. 다상유동해석을 위해 VOF(Volume of Fluid)방법을 적용하였고, 수치해석 방법으로는 비정상류, 난류 모형으로는 SST k-ω모형을 적용하였다. 수치모의 조건으로는 설계빈도별(5~30년) 우수유출량을 산정하여 유입 유량별 기존 빗물받이 유입부에서의 유입흐름, 빗물받이 내부에서의 와 발생흐름, 측구 저류조 및 연결관에서의 흐름을 구현하여 분석하였다. 수치모의 결과 빗물받이 유입부에서 연결관을 통한 측구 저류조로 유입되는 유입흐름과 빗물받이 하단부의 배수관을 통해 유출되는 흐름을 정상적으로 구현하였으며, 빗물받이 유입부 및 측구 저류조 연결관에서의 유속변화도 확인할 수 있었다. 또한 빗물받이와 측구 저류조에서 다양한 흐름을 구현하기 위한 Flunet 모형의 적용성을 검토하였으며, 향후 수리실험을 통하여 실제 흐름과의 매개변수 최적화 및 다양한 도로 조건의 변화를 고려한 수치모의 분석을 통하여 지속적인 모형의 검증이 가능할 것으로 판단된다.