• 한국연소학회지
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• 제17권4호
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• pp.38-43
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• 2012

Experimental study was conducted to elucidate flame extinction phenomena in counterflow flame. Using a curtain helium flow significantly reduced buoyancy such that the flame can be positioned at the center between the upper and lower nozzles even at the velocity ratio of 1.0. The curves of critical diluent mole fraction versus global strain rate have C-shapes. The flame oscillation was observed prior to low strain rate flame extinction at both flame conditions with and without minimizing buoyancy force. The results show that, at low strain rate flame, the self-excitation frequency with the order of 1.0 Hz in the case of utilizing pure helium gradually decreases in increase of $N_2$ mole fraction in the curtain flow, meaning that buoyancy suppresses the self-excitation of the outer edge flame.

• Journal of Ship and Ocean Technology
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• 제9권4호
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• pp.1-10
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• 2005

The effect of buoyancy orientation on turbulent channel flow has been investigated using DNS (direct numerical simulation). Grashof number is kept at 9.6 $\times 10^{5}$ while changing the orientation of the buoyancy vector to be parallel or perpendicular to the channel walls. Four study cases can be distinguished during this research namely; streamwise, wall-normal unstable stratification, wall-normal stable stratification and spanwise oriented buoyancy. The driving mean pressure gradient used in all cases is adjusted to keep mass flow rate constant while friction Reynolds number is around 150. At this Grashof number, the skin friction shows decrement in the unstable and stable stratification and increment in the other two cases. Analyses of the changes of flow structure for the four cases are presented highlighting on the mean quantities and second order statistics.

• 한국해양공학회지
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• 제30권1호
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• pp.10-17
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• 2016

This paper reports a simulation-based design method for the optimized arrangement design of buoyancy modules in a marine riser system. A buoyancy module is used for the safe operation and structural stability of the riser. Engineers design buoyancy modules based on experience and experimental data. However, they are difficult to design because of the difficulty of conducting real sea experiments and quantifying the data. Therefore, a simulation-based design method is needed to tackle this problem. In this study, we developed a simulation-based design algorithm using a multi-body dynamic simulation and genetic algorithm to perform optimization arrangement design of a buoyancy module. The design results are discussed in this paper.

• 대한기계학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.630-643
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• 1991

The hydrodynamic stability equations are formulated for buoyancy-induced flows adjacent to a vertical, planar, isothermal surface in cold pure water. The resulting stability equations, when reduced to ordinary differential equation by a similarity transformation, constitute a two-point boundary-value(eigenvalue) problem, which was numerically solved for various values of the density extremum parameter R=( $T_{m}$ - $T_.inf./) / ( $T_{o}$ - $T_.inf./). These stability equations have been solved using a computer code designed to accurately solve two-point boundary-value problems. The present numerical study includes neutral stability results for the region of the flows corresponding to 0.0.leq. R. leq.0.15, where the outside buoyancy force reversals arise. The results show that a small amount of outside buoyancy force reversal causes the critical Grashof number $G^*/ to increase significantly. A further increase of the outside buoyancy force reversal causes the critical Grashof number to decrease. But the dimensionless frequency parameter $B^*/ at $G^*/ is systematically decreased. When the stability results of the present work are compared to the experimental data, the numerical results agree in a qualitative way with the experimental data.erimental data.

• 한국연소학회지
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• 제16권3호
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• pp.41-51
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• 2011

In this paper, we describe the behavior of two self-excitations in laminar attached free-jet flames under the influence of DC electric fields, one of buoyancy-driven and the other of diffusion-thermal instability, established from the horizontal and vertical injection. In the horizontal injection with removed buoyancy effect, oscillating flames with the frequency of 1.3 - 7.4 Hz were observed in a certain condition with Lewis number more than unity. On the other hand, it was appeared Lewis number induced self-excitation as well as buoyancy-driven self-excitation in the vertical upward injection with DC electric fields. This behavior had frequency range of 1.6 - 9.4 Hz and was exhibited to attribute the buoyancy effect. Finally, a well-defined division about two self-excitations having similar frequency range is briefly discussed.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제24권4_2호
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• pp.467-474
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• 2021

The renewable energy is known as eco-friendly energy to reduce the use of fossil fuel and decrease the environmental pollution due to exhaust gas. Targets of solar collector in domestic are usually acquisitions of hot water and hot air. System of air-heating collector is one of the technologies for obtaining hot air in cases of especially heating room and drying agricultural product. The purpose of this study is to investigate the characteristics of thermal flow such as relative pressure, velocity, outlet temperature and buoyancy effect in air-heating collector using solar heat. The flow field of air-heating collector was simulated using ANSYS-CFX program and the behaviour of hot air was evaluated with SST turbulence model. As the results, The streamline in air-heating collector showed several circular shapes in case of condition of buoyancy. Temperature difference in cross section of outlet of air-heating collector did not almost show in cases of buoyancy and small inlet velocity. Furthermore merit of air-heating collector was not observed in cases of inlet velocities. Even though it was useful to select condition of buoyancy for obtaining high temperature, however, it was confirmed that the trade off between high temperature of room and rapid injection of hot air to room could be needed through this numerical analysis.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제13권1호
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• pp.650-658
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• 2021

Flexible risers are usually used as conveying systems to bring ocean resources from sea bed up to onshore. Under ocean environments, risers need to bear complex loads and it is crucial to comprehensively examine riser's configurations and to analyze structural dynamic performances under excitation of bottom vehicle motions, to guarantee structural safe operation and required service lives. In this study, considering a saddle-shaped riser, the influences of some important design parameters, including installation position of buoyancy modules, buoyancy ratio and motion of mining vehicle, on riser's configuration and response are carefully examined. Through our FEM simulations, the spatial distributions of structural tensions and curvatures along of riser length, under different configurations, are compared. Then, the impacts of mining vehicle motion on riser dynamic response are discussed, and structural tolerance performance is assessed. The results show that modules installation position and buoyancy ratio have significant impacts on riser configurations. And, an appropriate riser configuration is obtained through comprehensive analysis on the modules positions and buoyancy ratios. Under this proposed configuration, the structural tension and curvature could moderately change with buoyancy modules and bottom-end conditions, in other words, the proposed saddle-shaped riser has a good tolerance performance to various load excitations.

• 한국재난관리표준학회지
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• 제3권2호
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• pp.33-39
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• 2010

본 연구는 부력가방의 익사사고 저감성능 분석에 관한 연구로서, 시민들은 레저 활동 및 물놀이 활동 시 부주의로 인하여 익사사고가 발생할 경우 119구조대나 타인의 구조활동만으로는 사고자 생존율이 저조하다고 할 수 있다. 이에 따라 수상 전문가들은 부력제품을 활용하여 익사사고를 줄이고, 시민은 일상용 휴대가방에 안전관리 기능을 추가한 부력가방을 평상시에 차량안이나 개인이 직접 휴대함으로써 본인의 생명과 위급한 상황에 봉착한 타인을 신속하게 구조할 수 있는 구명용 도구로 활용할 수 있도록 하였다. 본 연구를 통하여 개발된 부력가방은 편리성 안전성 지속성의 3가지 방재특성을 지니고 있으며, 서류 물품 등을 보관하는 편리성, 성인 1명 기준인 90 kg 무게를 띄울 수 있는 부력재를 내피 분산방식으로 처리한 안전성, 그리고 방수원단 및 방수지퍼 사용으로 장시간 안전을 유지하는 지속성 등을 갖춘 제품이다. 성능분석 결과 부력가방이 다른 구조장비와 비교해도 현장 간접 구조장비로 사용하는데 아무런 문제점이 없다는 것을 알 수 있었으며 부력성능과 디자인적인 측면만 더 보완하면 국민의 귀중한 생명을 보호하는데 많은 기여를 할 수 있을 것이다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.375-393
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• 2022

본 논문은 이수식 쉴드TBM의 이수분출 안정성 및 세그먼트라이닝 부력에 대한 안정성 평가법의 제안에 대한 내용을 다루고 있다. 토피가 얇은 하·해저터널 건설을 위해 이수식 쉴드TBM 적용 시 이수분출 안정성 및 세그먼트라이닝 부력 안정성을 평가하여야 하는데 현재 적용되는 이론식은 다소 복잡함에 따라 실무적으로 계산이 불편한 문제점이 있다. 본 연구에서는 이수분출 안정성 및 세그먼트라이닝 부력 안정성 평가방법을 고찰하고 터널 계획단계에서 간편하게 이수분출 안정성과 부력 안정성을 평가하는 간편도표를 제안하였다. 또한, 강도감소법을 활용한 세그먼트라이닝에 작용하는 부력 안전율을 평가하고 이론식에 의한 부력 안전율과 비교·분석을 수행하였다. 본 연구에서 제시된 이수분출 및 부력 안정성 평가를 위한 간편도표는 하·해저터널 계획 및 설계 시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제57권8호
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• pp.493-507
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• 2024

RANS 기반의 CFD 해석은 계산 효율성이 높아 실무 수리해석을 포함한 다양한 공학 분야에서 널리 적용되고 있으나 자유수면과 같이 이상유체흐름 해석에서 비물리적인 거동이 나타나는 문제가 오랫동안 제기되어 왔다. 일반적인 RANS 기반의 해석에서 적용되는 2 방정식 난류 모형은 단상유체를 대상으로 개발되어 유체 밀도의 급격한 변화가 발생하는 이상유체에서는 경계면에서 실제와 다른 높은 난류 에너지 생성을 모의한다. 최근 이를 해결하기 위해 개발된 방법 중의 하나인 부력 수정 난류 모형은 해안 분야에 적용되어 일부 적합성이 검증되었으나 개수로 흐름에 적용된 사례는 없다. 본 연구에서는 오픈 소스 프로그램인 OpenFoam의 VOF 기법을 기반으로 부력 수정 난류 모형의 적용성을 평가하였다. 등류 흐름 적용 결과에 의하면 부력 수정 k-𝜖 모형과 부력 수정 k-ω SST 모형이 자유수면 부근에서의 난류 에너지 저감 현상을 잘 모의함을 확인하였으며, 특히 부력 수정 k-ω SST 모형은 연직 유속 분포를 잘 모의함을 확인하였다. 또한 댐 붕괴 흐름에 적용하여 수면형의 변동이 크고 공동이 형성되는 경우에 대해 검토하였다. 모의 결과 부력 수정 난류 모형은 VOF 기법에 따라 상이한 결과를 나타내며 실험결과와 다른 비물리적인 거동을 나타내었다. 부력 수정 난류 모형이 수면이 안정적인 형태인 경우에는 적용성이 있으나 자유 수면의 급격한 변화가 발생하는 경우에 범용적으로 적용하기에는 여전히 한계가 있는 것으로 나타났다. 수면형이 급격하게 변화하거나 공동이 형성되는 흐름의 경우에는 난류 모형에 대한 적절한 보정이 필요한 것으로 판단된다.