• 대한조선학회논문집
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• 제51권1호
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• pp.58-66
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• 2014

Numerical simulations for the flows containing free surface remain difficult problems because the drastic differences of physical properties of water and air, The difference of densities makes the solution instable in particular. For the stabilities of the solutions, the most typical methods to simulate free surface flows, such as Volume Of Fluid(VOF) and Level-Set(LS) methods, impose transient zones where the physical prosperities are continuously distributed. The thickness of the transient zone is the source of the numerical errors. The other side, marker-density method does not use such a transient zone. In the traditional marker-density method, however, the air velocities of free surface cells are extrapolated from the water velocity, and the pressures on the free surface are extrapolated from the air pressures for the stability of the solution. In this study, the marker-density method is modified for the decrease of such numerical errors. That is, the pressure on the free surface is determined to coincide with the pressure gradient terms of the governing equations, and the velocity of free surface cells are calculated with the governing equations. Two-dimensional steady spilling breakers behind of a submersed hydrofoil and three-dimensional spilling breaker near a wedge shaped ship model are simulated using INHAWAVE-II including the modified marker-density(MMD) method. The results are compared with the results of Fluent V6.3 including VOF method and several published research results.

• 한국해양공학회지
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• 제26권6호
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• pp.7-13
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• 2012

This paper presents a numerical study of the wave loads acting on offshore structures using a Cartesian-grid-based flow simulation method. Finite volume discretization with a volume-of-fluid (VOF) method is adopted to solve two-phase Navier-Stokes equations. Among the many variations of the VOF method, the CICSAM scheme is applied. The body boundary conditions are satisfied using a porosity function, and wave generation is carried out by using transient (wave or damping) zone approaches. In order to validate the present numerical method, three different basic offshore structures, including a sphere, Pinkster barge, and Wigley model, are numerically investigated. First, diffraction and radiation problems are solved using the present numerical method. The wave exciting and drift forces from the diffraction problems are compared with potential-based solutions. The added mass and wave damping forces from the radiation problems are also compared with the potential results. Next, the wave-induced motion responses of the structures are calculated and compared with the existing experimental data. The comparison results are fairly good, showing the validity of the present numerical method.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권11호
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• pp.1169-1176
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• 2011

액막류는 레이놀즈수 및 유동 안정성에 의해 파동이 없는 층류액막류, 파동을 동반한 층류 액막류 및 난류액막류로 구분된다. 파동액막류는 강한 비선형성에 의해 매우 복잡하여 기존에는 주로 실험적 연구가 진행되었다. 수치적 해석은 주로 파동이 없는 경우에 국한되었으며 여러 가지 자유표면 해석기법을 이용하여 평균액막두께를 예측하였다. 이 연구에서는 층류액막류의 파동현상을 레이놀즈수 20~1000 범위에서 수치해석하였다. 이 때, VOF 자유표면 해석기법에 기반한 여러 가지 수치방법을 비교 연구하였으며 평균액막두께, 파동속도 및 진폭을 실험결과와 비교하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제20권4호
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• pp.93-101
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• 2015

This paper provides numerical results of the simulation for the flow around the hull and the propeller of KCS model ship advancing in shallow water conditions. A finite volume method is used to solve the unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) equations, where the wave-making problem is solved by using a volume-of-fluid(VOF) method. The wave formed near the hull surface in shallow water conditions shows a deep trough dominant pattern that causes the loss of buoyancy followed by hull squat. The flow past the hull increases as the depth of water decreases. However, the axial flow velocity around the stern shows a reduction in magnitude by the effect of shallow water accompanied by the hull-propeller interaction. As a results, the thrust and torque coefficient increase about 8.3% and 6.2%, respectively for a depth of h/T=3.0 corresponding to a depth Froude number of $F_h=0.693$. The resistance coefficient increases about 11.6% at this Froude number condition.

• 한국전산유체공학회지
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• 제21권1호
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• pp.110-116
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• 2016

The present study numerically investigated the deformation of the interface of two-phase fluids flow in a blast furnace. To simulate three-dimensional(3D) incompressible viscous two-phase flow in the furnace filled with the air and molten iron, the volume of fluid(VOF) method based on the finite volume method has been utilized. In addition, the porous medium with the porosity has been considered as the bed of the particles such as cokes and char etc. For the comparison, the single phase flow and the two-phase flow without the porosity have been simulated. The two-phase flow without porosity condition revealed the smooth parabolic profile of the free surface near the outlet. However, the free surface under the porosity condition formed the viscous finger when the free surface was close to the outlet. This viscous finger accelerated the velocity of the free surface falling and the outflow velocity of the fluids near the outlet.

• 한국전산유체공학회지
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• 제17권4호
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• pp.75-80
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• 2012

Due to the effect of surface tension, liquid film around a curved edge of solid surface moves from the corner to the flat surface. During this behavior of liquid film, film sagging phenomenon is easily occurred at the solid surface. Behavior of liquid film is determined with the effects of the properties of liquid film and the geometric factors of solid surface. In the present study, 2-D transient CFD simulations were conducted on the behavior of liquid film around a curved edge. The two-phase interfacial flow of liquid film was numerically investigated by using a VOF method in order to predict the film sagging around a curved edge. In the steady state of behavior of liquid film, the liquid film thickness of numerical result showed a good agreement with experimental data. After verifying the numerical results, the characteristics of behavior of liquid film were numerically analyzed with various properties of liquid film such as surface tension coefficient and viscosity. The effects of geometric factors on film sagging were also investigated to reduce the film sagging around a curved edge.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권7호
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• pp.641-647
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• 2016

피에조 DOD(drop-on-demand) 잉크젯 프린팅 방식은 다양한 종류의 잉크를 사용할 수 있기 때문에 최근에 첨단 산업에 적용이 활발히 연구되고 있다. 피에조 잉크젯 헤드에서 토출되는 액적의 형성 과정을 VOF(Volume-of-Fluid) 기법을 이용한 전산해석으로 예측하고 이를 측정결과와 비교하였다. 작동유체는 에틸렌 글리콜 50%와 IPA(Isopropil alchol) 50%의 혼합액을 사용하였다. 노즐 출구에서 메니스커스 변위의 시간에 따른 변화를 직접 측정하여 노즐 입구의 속도분포를 예측하고 이를 해석의 초기조건 입력자료로 사용하였다. 측정치와 해석치를 비교한 결과 전산해석이 측정치의 액적 형성 과정을 잘 예측함을 알 수 있었다. 주액적 형성과정보다 위성액적 형성과정 예측에 오차가 약간 컸는데, 이는 정지중의 공기에 큰 질량의 주액적이 날아가는 것을 예측할 때는 해석오차가 적지만 주액적에 의해서 주변 공기 유동이 활발해진 상태에서 적은 질량의 위성액적이 날아가는 것을 예측할 때는 해석오차가 상대적으로 커지기 때문이다. 또한 에틸렌 글리콜과 IPA의 혼합 비율을 달리하여 물성치를 변화시킨 다른 잉크에 대해서도 잉크 액적 형상을 예측한 결과 실험 결과를 비교적 정확히 예측할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권9호
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• pp.571-577
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• 2017

본 연구는 수치해석 기법을 활용하여 오일샌드 플랜트에 사용되는 다상유동분리기의 다양한 유입구 형상에 따른 효율 분석에 관한 연구이다. 본 연구에 사용된 유수분리기(FWKO, Free-water knockout)는 유량 $15,89m^3/d$(100 bbl/d), SOR(Steam-to-Oil Ratio) 3.5의 값을 가지며 Stokes 이론을 기반으로 설계되었다. 모듈화를 위하여 두 개의 유수분리기를 병렬 연결하였고 이에 따른 유입구 형상 최적화를 수행하였다. 유입구를 통해 유입되는 비투멘 에멀젼은 $150^{\circ}C$, 50 bar이며, API는 17의 값을 갖는다. 유수분리공정의 평균체류시간은 물과 오일이 95% 분리되는 시간으로 정의하였다. 다상유동의 밀도차에 의한 중력분리과정을 모사하기 위하여 유한체적법(VOF, Volume Of Fluid)과 상차분모델(DPM, Discrete Phase Model)을 조합하여 활용하였으며 준과도(Pseudo-transient) 해석기법을 활용하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권5호
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• pp.741-749
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• 2003

본 연구에서는 사다리꼴형상 투과성 수중방파제에 의한 정현파의 Bragg반사에 대해 수리모형실험과 수치모형실험을 수행하였으며, 두 실험결과를 비교하였다. 수치해석에 적용된 모형에서는 공간 평균된 Wavier-Stokes 방정식을 투과체 내에서의 지배방정식으로 사용하였고, 자유수면변위를 추적하기 위해 VOF기법을 적용하였다. 수리실험결과와 수치해석결과는 비교적 잘 일치하였으며, 투과성 수중방파제에 의한 반사계수는 불투과성에 비해 낮게 나타나고, 방파제의 배열이 증가함에 따라 반사계수는 증가함을 보였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권12호
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• pp.5661-5668
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• 2012

물 부족 시대에 양변기 절수는 물을 절약하는데 가장 효과적인 방법 중 하나이다. 본 연구에서는 고절수형 양변기 개발을 위한 이상유동 해석을 위해 VOF 기법을 이용하였다. VOF를 이용한 전체 모델의 해석은 많은 시간이 요구되므로 전체모델의 일부분만 고려하는 부분모델도 해석시간 단축을 위해 사용하였다. 유량배분 해석을 위해 4개의 서로 다른 림 모델을 고려하였는데 림 홀의 위치나 개수보다는 림 홀의 크기가 유량배분을 효과적으로 달성하기 위한 인자임이 본 연구를 통해 밝혀졌다. 또한, 전체모델 해석을 통해 사이펀 현상에 따른 이상유동의 속도 및 압력도 분석하였다. 따라서 본 연구는 고절수형 양변기 모델 개발을 위한 다양한 기초 데이터를 제공한다.