• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제6권2호
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• pp.75-86
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• 2013

The effects of acoustic resonance and volute geometry on phase resonance are studied theoretically and experimentally using a centrifugal fan. One dimensional theoretical model is developed taking account of the reflection from the discharge pipe end. It was found that the phase resonance occurs, even with the effects of acoustic resonance, when the rotational speed of rotor-stator interaction pattern agrees with the sound velocity. This was confirmed by experiments with and without a silencer at the discharge pipe exit. The pressure wave measurements showed that there are certain effects of the cross-sectional area change of the volute which is neglected in the one dimensional model. To clarify the effects of area change, experiments were carried out by using a ring volute with a constant area. It was demonstrated that the phase resonance occurs for both interaction modes travelling towards/away from the volute. The amplitude of travelling wave grows towards the volute exit for the modes rotating towards the volute exit, in the same direction as the impeller. However, a standing wave is developed in the volute for the modes rotating away from the volute exit in the opposite direction as the impeller, as a result of the interaction of a growing wave while travelling towards the tongue and a reflected wave away from the tongue.

• 한국해양공학회지
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• 제28권2호
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• pp.126-132
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• 2014

In this study, a method for analyzing the collision and interaction between ice bergy bits and a Mark III type liquid natural gas (LNG) carrier was considered, and the structural safety of a ship's hull and cargo containment system (CCS) was evaluated. In the analysis, a constitutive model implementing the strain rate dependant mechanical property was used to consider the typical material characteristics of ice rationally. A relatively simple and easy ice structure interaction analysis procedure, compared with the accurate but complicated FSI analysis scheme, was suggested. When the ice bergy bits collided with ship's side hull under the four assumed scenarios, the structural behaviors of the ship structure and LNG CCS were simulated by applying the suggested ice collision analysis procedure using the commercial hydro-code LS-DYNA. In addition, the effects of the shapes and colliding speed of the ice bergy bits on the ice-structure interaction and safety of the CCS were examined in detail.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제17권3호
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• pp.296-314
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• 2016

This paper presents experimental and computational investigations of synthetic jets with a circular exit for improving flow control performance. First, the flow feature and vortex structure of a multiple serial circular exit were numerically analyzed from the view point of flow control effect under a cross flow condition. In order to improve separation control performance, experimental and numerical studies were conducted according to several key parameters, such as hole diameter, hole gap, the number of hole, jet array, and phase difference. Experiments were carried out in a quiescent condition and a forced separated flow condition using piezoelectrically driven synthetic jets. Jet characteristics were compared by measuring velocity profiles and pressure distributions. The interaction of synthetic jets with a freestream was examined by analyzing vortical structure characteristics. For separation control performance, separated flow over an airfoil at high angles of attack was employed and the flow control performance of the proposed synthetic jet was verified by measuring aerodynamic coefficient. The circular exit with a suitable hole parameter provides stable and persistent jet vortices that do beneficially affect separation control. This demonstrates the flow control performance of circular exit array could be remarkably improved by applying a set of suitable hole parameters.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.161-176
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• 1999

본 논문에서는 기존의 불연속 변형 해석(DDA) 방법에 대한 세가지 방향의 새로운 개선 방법들이 제시되었다. 이 개선 방법들은 암반 균열에서 암석 블록과 지하수 흐름의 수리-역학적 커플링, 연속적인 하중 재하 또는 제하, 그리고 록볼트, 숏크리트와 콘크리트 라이닝에 의한 보강으로 구성되었다. Shi (1988)와 Lin (1995)에 의한 기존 DDA 프로.그램은 이 방법들에 의하여 추가로 개선되었으며, 이 새로운 DDA프로그램에 대한 몇 가지 적용예들이 제시되었다. 또한, 경부고속철도 공사의 일부인 운주 터널의 지하굴착에 대한 시뮬레이션을 통하여 절리를 통한 지하수의 흐름, 굴착순서, 그리고 록볼트와 숏크리트에 의한 보강이 터널안정에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과 절리를 통한 지하수의 흐름과 부적절한 굴착순서는 터널의 안정성에 악영향을 미치나, 한편 록볼트와 숏크리트에 의한 보강은 터널을 안정화 시킨다는 사실을 밝혀냈었다. 그 결과 세가지 개선방법이 추가된 DDA프로그램은 지하구조물 설계에 있어서 유용한 해석방법으로 사용될 수 있다는 사실을 보여주었다.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제11권2호
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• pp.199-213
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• 2017

Chloride penetration is among the main causes of corrosion initiation in reinforced concrete (RC) structures producing premature degradations. Weather and exposure conditions directly affect chloride ingress mechanisms and therefore the operational service life and safety of RC structures. Consequently, comprehensive chloride ingress models are useful tools to estimate corrosion initiation risks and minimize maintenance costs for RC structures placed under chloride-contaminated environments. This paper first presents a coupled thermo-hydro-chemical model for predicting chloride penetration into concrete that accounts for realistic weather conditions. This complete numerical model takes into account multiple factors affecting chloride ingress such as diffusion, convection, chloride binding, ionic interaction, and concrete aging. Since the complete model could be computationally expensive for long-term assessment, this study also proposes model simplifications in order to reduce the computational cost. Long-term chloride assessments of complete and reduced models are compared for three locations in France (Brest, Strasbourg and Nice) characterized by different weather and exposure conditions (tidal zone, de-icing salts and salt spray). The comparative study indicates that the reduced model is computationally efficient and accurate for long-term chloride ingress modeling in comparison to the complete one. Given that long-term assessment requires larger climate databases, this research also studies how climate models may affect chloride ingress assessment. The results indicate that the selection of climate models as well as the considered training periods introduce significant errors for mid- and long- term chloride ingress assessment.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.175-186
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• 2023

처분공 내에 위치한 완충재는 사용후핵연료로부터 발산된 고온의 붕괴열과 지하수에 노출되며, 이와 같은 가열-수화를 포함한 처분환경 하의 완충재의 열-수리-역학-화학적 상호작용은 완충재의 장기적 성능과 건전성에 핵심적으로 작용하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 처분환경 조건에서 완충재의 가열-수화 특성 및 지하수 지화학 조건을 고려한 벤토나이트의 열-수리-역학-화학적(Thermal-Hydraulic-Mechanical-Chemical, 이하 THMC) 복합거동 특성 규명을 위한 실험실 규모의 Lab.THMC 실험시스템을 개발하였다. 본 실험시스템은 스페인 CIEMAT의 열-수리-역학 복합거동 실험장치를 토대로 개발되었으며, 화학적 특성을 달리한 지하수 주입 조건에서 벤토나이트 완충재의 가열-수화 특성을 파악하고 응력 변화를 계측함으로써 열-수리-화학적 변화에 따른 역학적 성능 변화 특성을 규명하는 것을 목표로 한다. 본 기술논문에서는 개발된 Lab.THMC 실험시스템의 설계 및 구성을 간략하게 소개하고, 장치 검토 및 주요 변수설정을 위해 수행된 예비실험 결과와 차후 연구계획에 대해 정리하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.95-102
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• 2011

불포화 지반을 이루고 있는 흙의 알갱이, 물과 공기의 연계해석이 전체 지반의 변형에 미치는 영향을 알아보고자, 흙 알갱이와 물의 두 가지 요소로 해석되어지는 기존 관점과의 차이를 분석하고 그에 대한 원인을 비교하였다. 열역학적 가정을 토대로 평형방정식을 이용하여 불포화토 거동을 지배하는 물과 공기의 흐름 관계를 유한요속해석을 위한 수학적인 알고리즘을 유도하여 배수시험 수치해석을 통해 기존 문헌과 비교 검증하였다. 3상으로 이루어진 불포화토 거동을 통해서 흙의 알갱이와 물과의 상호작용에서 공기압의 역할을 분석하여 불포화 지반 내에 물과 공기의 두가지 흐름에 대해 지반공학적인 적용성을 알아보았다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권9호
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• pp.45-52
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• 2022

암반내 불연속면이나 지반-구조물의 접촉면은 열-수리-역학적으로 연계된 거동 특성을 보이므로, 온전한 지배방정식에 근거한 경계면 요소의 개발이 필요하다. 본 논문은 경계면 요소에 대한 힘평형 방정식, 유체의 연속방정식 그리고 에너지 평형 방정식을 유도하였다. 그리고 경계면 요소에 대한 탄소성 역학 모델의 강성행렬을 제시하였다. 개발된 유한요소는 2차원 조건에서 변위는 6절점, 수압과 온도는 4절점을 사용한다. 단층내 유체 주입에 대한 완전연계된 THM 해석은 단층내의 유효응력 감소와 주위 암반의 온도 수축에 의한 주입압의 복합적인 변화을 모델링 할수 있었다. 하지만, 열적 현상을 무시한 HM해석은 수리-역학적 변수를 과다하게 산정하였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.593-609
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• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 결정질 암석 내 포함된 균열의 열-역학적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 열에 의한 균열의 미끄러짐 거동을 해석하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 여기에서는 Voronoi diagram을 이용하여 다면체 개별입자의 집합체로서 해석모델을 생성하고, 입자 및 입자간 접촉에서 발생하는 열-역학적 거동을 개별요소프로그램인 3DEC을 통해 해석하였다. 암석 시험편의 탄성거동을 재현하기 위하여 등가연속체 개념을 적용하여 입자와 접촉의 미시물성을 산정하였으며, 균열에 상응하는 접촉에는 Coulomb slip model을 부여하여 인장강도와 전단강도를 갖는 불연속면을 모사하였다. 경계응력과 열응력에 의한 균열의 거동을 수치적으로 모델링하였으며, 경계조건에 따라 균열의 미끄러짐이 발생하는 열-역학적 메커니즘을 정량적으로 분석하였다. 해석 결과, 본 연구에서 제시한 해석모델이 암석 내 열팽창과 열응력의 증가, 균열 응력과 변위, 경계조건의 영향 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 실내실험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.382-393
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• 2020

고준위방사성폐기물을 처분하기 위한 심층처분시스템의 공학적 방벽은 처분 용기에서 방사성 핵종 누출이 발생하더라도 주변 암반으로의 누출 속도를 늦춰주는 역할을 수행해야하기 때문에 장기적으로 그 성능을 유지하여야 한다. 특히 벤토나이트 완충재와 같이 점토 물질을 다량 함유한 매질에서만 나타나는 기체 흐름 현상인 팽창 흐름은 벤토나이트 완충재의 장기 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 이 현상을 명확히 규명하는 것이 매우 중요하다. 이에 따라 DECOVALEX-2019 Task A에서는 팽창 흐름에 대한 수리-역학적 메커니즘을 규명하고, 기체 이동 현상의 정량적 평가를 위한 새로운 수치 해석 기법 개발 및 검증을 수행하고자 진행되었다. 이를 위해 본 연구에서는 기존의 전통적인 다공성 매질에서의 2상 유동 및 유효응력 개념을 고려한 역학 모델을 기반으로, 손상도 개념을 적용함으로써 매질의 변형에 의한 기체의 팽창 흐름을 모사할 수 있는 수리-역학적 상호작용을 고려한 해석 모델을 개발하였다. 또한 개발된 모델을 이용하여 1차원 및 3차원 기체 주입 시험 결과와의 비교를 통해 모델 검증 및 적용성 검토를 수행하였다. 수치 해석 결과 기체 압력에 의한 팽창 흐름으로 인한 갑작스러운 공극 수압, 응력, 기체 주입량 및 유출량 증가 현상을 확인할 수 있었지만, 개발된 해석 모델에서 수리-역학적 상호작용의 영향이 과소평가 되는 한계를 확인할 수 있었다. 그럼에도 불구하고 본 연구는 팽창 흐름에 대한 예비 모델을 제공하고 후속 연구의 발전된 모델을 개발하기 위한 기반을 제공한다는 점에서 의의가 있다. 또한 본 연구에서 개발된 수리-역학적 상호작용을 고려한 수치 모델은 향후 실험실 및 현장 시험 결과 데이터 분석에 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 실제 고준위방사성폐기물 심층처분시스템의 장기 성능평가에도 활용될 수 있을 것으로 판단된다.