• 대한조선학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.35-47
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• 1996

포텐셜을 기저로 하는 판요소법을 사용하여 자유 표면이 존재하는 유동장에서 일정 속도로 전진하는 3차원 물체의 형상을 설계하였다. 설계 방법으로는 원하는 압력 분포를 경계 조건으로 부여하고 이를 만족하는 물체 형상을 찾아내는 역해석법(inverse method)을 사용하였다. 즉, 주어진 압력으로부터 물체 표면에 분포된 법선 다이폴의 세기인 포텐셜 값을 결정하게 되며, 이는 물체 표면에 대한 Dirichlet형태의 경계 조건으로서 Green의 정리로부터 유도된 적분 방정식을 해석하게 된다. 전체 속도 포텐셜은 기본 유동인 선속에 대한 성분과 선제에 의하여 교란되는 성분으로 구성되어진다고 가정하였으며, 교란 포텐셜을 사용하여 선형화된 자유 표면 경계 조건을 적용하였다. 적분 방정식에 대한 수치 해석을 위해 물체 표면에 법선 다이폴과 Rankine 쏘오스를 분포하였으며, 자유 표면에는 Rankine 쏘오스를 분포하고 4점 유한 차분법을 사용하여 자유 표면 경계 조건이 만족되도록 하였다. 해로서 얻어지는 각 판요소에서의 Rankine 쏘오스의 세기는 가상의 유동 출입량으로서 형상 수정항으로 사용되었다. 몰수 회전 타원체의 형상 설계에 대하여 본 설계법을 적용한 결과 무한 수심에서나 조파 상태에서 $4{\sim}6$회의 반복 계산으로 충분히 수렴된 해를 얻을 수 있었다. 또한 자유 표면을 가르고 전진하는 Wigley 수학적 선형에 대한 형상 설계를 수행하여 만족스러운 결과를 얻어내었으며, 얻어진 수치해는 매우 안정적이고 빠른 수렴성을 보였다. 선형의 우열 비교를 통해 조파 저항을 감소시킬 수 있는 압력 분포의 형태를 파악하였으며, 이를 바탕으로 조파 저항의 관점에서의 5500TEU급 콘테이너 운반선의 설계를 수행하였다. 설계되어진 새로운 선형은 조파 저항의 관점에서 기존의 선형보다 계산과 실험에서 모두 우수하게 개량된 것으로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권11호
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• pp.957-963
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• 2007

본 논문에서는 CFD/FreeWake 연계해석방법을 이용하여 헬리콥터 로터의 공력을 해석하였다. 연계해석방법은 CFD를 이용하여 로터주변의 공력을 얻고, 후류의 거동은 FreeWake를 이용하여 모사한다. FreeWake 모델은 CFD의 경계조건을 제공하고, CFD는 후류형성을 위한 로터블레이드 양력변화율을 제공하는 방법으로 연계된다. CFD/FreeWake 연계해석방법은 다른 로터공력해석 방법에 비하여 높은 정확도와 계산 시간 절감으로 효율적인 계산을 가능하도록 한다.

• 한국해양공학회지
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• 제36권5호
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• pp.303-312
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• 2022

A submarine is optimized to operate below the water surface because it spends most of its time in a submerged condition. However, the performance in free surface conditions is also important because it is unavoidable for port departure and arrival. Generally, potential flow theory is used for seakeeping analysis of a surface ship and is known for excellent numerical accuracy. In the case of a submarine, the accuracy of potential theory is high underwater but is low in free surface conditions because of the nonlinearity near the free surface area. In this study, the seakeeping performance of a Canadian Victoria Class submarine in regular waves was investigated to improve the numerical accuracy in free surface conditions by using computational fluid dynamics (CFD). The results were compared to those of model tests. In addition, the potential theory software Hydrostar developed by Bureau Veritas was also used for seakeeping performance to compare with CFD results. From the calculation results, it was found that the seakeeping analysis by using CFD gives good results compared with those of potential theory. In conclusion, seakeeping analysis based on CFD can be a good solution for estimating the seakeeping performance of submarines in free surface conditions.

• 대한조선학회논문집
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• 제41권4호
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• pp.38-44
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• 2004

The motion response analysis of a submerged elliptic cylinder in waves is presented and the elliptic cylinder is a simplification of the section of submarine in this paper. The method is based on boundary integral method and two-dimensional 3 degree motions are calculated in regular harmonic waves. The fully nonlinear free surface boundary condition is assumed in an numerical domain and this solution is matched along an assumed boundary as a linear solution composed of transient Green function, The large amplitude motions of an elliptic cylinder are directly simulated and effects of wave frequency, wave amplitude and the distance from buoyancy center to gravity center are discussed.

• 수산해양기술연구
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• 제17권2호
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• pp.109-113
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• 1981

Most existing theories on ship waves and wave resistance are based on the perturbation of the flow field by a small pararr.eter which specifies the slenderness of the ship hull. Since however, ship hulls in practice are neither so slender nor thin enough to secure the validity of the linearized theory, the agreen:ent between the theoretical prediction and the experimental result is not generally satisfactory. The author pointed out that the contribution by the non-linear term in the free surface condition can be represented by sorr.e source distribution over the still water plane. This paper leads to a forrr.ula for the wave resistance of not slender ships at low Froude nurr.bers. and deals with the asynptotic expression. As a nurr.erical example, the wave resistance of Wigley model is calculated, and the result is compared with experimental values. It is concluded that the wave resistance coefficient varies in the rate of Fn6 at low speed limit in general. A comparison with the result derived from the linearized free surface condition shows that the non-linearity of the free surface is irr portant at low speed.

• 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.

• 대한조선학회지
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• 제17권1호
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• pp.31-37
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• 1980

Herein the flow past a submerged circular cylinder with a free surface is mapped onto a reference plane, in which the free surface is transformed to a straight line and the cylinder to a certain shape. A global mapping function between two planes is sought in a manner that linear free-surface elevation is generated in the physical plane. Hereby the Froude mumber $F_h$, based on the submergence depth h', is assumed to be of order 0(1) and the ratio a'/h'(a'=cylinder radius) of order o(1). Wave thus obtained are slightly different in magnitude and phase from usual linear solution. The resulting free wave starts advanced ahead compared to the classical result and its amount depends on Froude number. Based on the present concept wave forces are calculated. In this type of approach the body boundary condition gives more influence on wave resistance than that by the free surface in the speed range $F_h>1$.

• 한국전산유체공학회지
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• 제18권1호
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• pp.13-21
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• 2013

Cavitating flow is usually formed on the surface of a high speed underwater object. When a object moves near a free surface at very high speed, the cavity signature becomes one of the major factors to be overcome by sensors of military satellite. The present work was to study the free surface effect on the ventilated cavitation. The governing equations were Navier-Stokes equations based on a homogeneous mixture model. The multiphase flow solver used an implicit preconditioning method in the curvilinear coordinate system. The cavitation model used here was the one first presented by Merkle et al.(2006) and redeveloped by Park & Ha(2009). Computations considered the free surface effects were carried out with a NACA0012 hydrofoil and the corresponding results were compared with the experimental data to have a good agreement. Calculations were then performed considering the ventilated cavitation, including the effect of non-condensable gas under the free surface effects.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.104-114
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• 1993

본 논문에서는 점성유동에 미치는 자유표면의 영향을 조사하기 위하여 자유표면을 수직으로 관통하는 원통 주위의 유동을 수치 시뮬레이션 하였다. 수치해석 방법으로서 Artificial Compressibility Method를 사용하였으며, 계산은 낮은 레이놀드수의 영역에 국한하였다. 계산결과는 자유표면에 가까운 유체영역에서 유선, 점성항력 등에 적지않은 영향이 있음을 보여주고 있다. 자유표면의 존재는 물체 후류 중의 와류를 물체로 부터 분리시키는 방향으로, 점성항력을 감소시키는 방향으로 작용하는 것으로 보인다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제6권2호
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• pp.77-86
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• 2003

자유면 경계조건을 정착하게 묘사할 수 있는 변위근사 유한차분법을 이용하는 시간영역 탄성파 모델링법을 고안하였다. 기존의 변위근사 유한차분법의 경우 변위와 매질의 물성을 격자점에 정의하는 격자군(격자점 기반의 격자군)을 이용하였으나, 이 연구에서 제시하는 새로운 유한차분법에서는 변위는 격자점에 정의하지만 매질의 물성을 격자점으로 둘러싸인 면에 정의하는 격자군(셀 기반의 격자군)을 이용한다. 매질의 물성을 셀에 정의할 경우 자유면에서 응력이 사라진다는 자유면 경계조건을 추가로 적용할 필요가 없으며 매질의 물성 변화만으로 자유면 경계조건을 표현할 수 있다. 수치예를 통한 정확도 분석 결과 셀 기반의 격자군을 이용할 경우 계산된 수치석인 해가 해석적인 해에 매우 근사함을 알 수 있었다.