• Ocean Systems Engineering
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• 제13권4호
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• pp.349-365
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• 2023

Targeting a floating wave and offshore wind hybrid power generation system (FWWHybrid) designed in the Republic of Korea, this study examines the impact of the interaction, with multiple wave energy converters (WECs) placed on the platform, on platform motion. To investigate how the motion of WECs affects the behavior of the FWWHybrid platform, it was numerically compared with a scenario involving a 'single-body' system, where multiple WECs are constrained to the platform. In the case of FWWHybrid, because the platform and multiple WECs move in response to waves simultaneously as a 'multi-body' system, hydrodynamic interactions between these entities come into play. Additionally, the power take-off (PTO) mechanism between the platform and individual WECs is introduced for power production. First, the hydrostatic/dynamic coefficients required for numerical analysis were calculated in the frequency domain and then used in the time domain analysis. These simulations are performed using the extended HARP/CHARM3D code developed from previous studies. By conducting regular wave simulations, the response amplitude operator (RAO) for the platform of both single-body and multi-body scenarios was derived and subsequently compared. Next, to ascertain the difference in response in the real sea environment, this study also includes an analysis of irregular waves. As the floating body maintains its position through connection to a catenary mooring line, the impact of the slowly varying wave drift load cannot be disregarded. To assess the influence of the 2^nd-order wave exciting load, irregular wave simulations were conducted, dividing them into cases where it was not considered and cases where it was included. The analysis of multi-degree-of-freedom behavior confirmed that the action of multiple WECs had a substantial impact on the platform's response.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권7호
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• pp.687-693
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• 2016

항공기의 가속도 운동이나 급격한 선회는 연료탱크 내부에서 슬로싱(연료 쏠림) 현상을 발생시킨다. 급격한 기동으로 발생하는 슬로싱 현상은 연료탱크 내부에 장착되는 구성품들에 상당한 하중으로 작용될 수 있다. 심각한 상황에서는 연료탱크 내부 구성품 및 배관의 파손이 발생하여 연료탱크 자체의 찢어짐으로도 이어질 수 있다. 따라서, 슬로싱 현상에 대해 연료탱크 내부 구성품이 구조 건전성을 보유하도록 설계되어야만 승무원의 생존성을 향상시킬 수 있다. 이러한 점을 고려하여 연료탱크 내부 구성품의 설계를 위해서는 구성품에 작용하는 슬로싱 하중의 확보가 선행되어야 한다. 본 논문에서는 회전익 항공기용 연료탱크 내부에서 발생할 수 있는 슬로싱 수치해석을 수행하여 내부 구성품에 작용하는 슬로싱 하중을 고찰하였다. 슬로싱 수치해석을 위해 입자법을 기반으로 하는 유체-구조 연성해석을 수행하였고, 미군사 규격(MIL-DTL-27422D)에서 규정하는 시험조건을 수치해석 조건으로 적용하였다. 수치해석 결과로써 슬로싱 현상에 의해 회전익항공기용 연료탱크 내부 구성품에 작용하는 하중과 최대 등가응력을 분석함으로써 유체-구조 연성해석을 통해 슬로싱 하중을 고려할 수 있는 설계 데이터 확보 가능성을 검토하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.718-725
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• 2017

액체저장탱크는 화학물질을 다루는 산업단지의 주요한 구조물로서, 지진으로 인한 구조물의 손상은 화학물질의 유출, 화재, 폭발 등의 추가적인 피해를 야기한다. 따라서 액체저장탱크의 지진 취약성을 사전에 효율적으로 평가하고, 지진에 대비하는 일이 필수적이라고 할 수 있다. 지진으로 인해 진동하는 액체저장탱크는 액체-구조물의 상호작용으로 탱크 벽체에 유동압력이 작용하며, 이는 탱크의 응력을 증가시키고 구조적 손상을 일으키는 원인이 될 수 있다. 한편, 구조물의 지진 취약성은 여러 불확실성 요인들을 고려하여 정해진 한계상태에 대한 파괴확률을 산정함으로써 평가하게 되는데, 보다 정확한 액체저장탱크 지진 취약도 평가를 위해서는 신뢰성 해석 과정에서 정교한 유한요소 해석이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 최근에 신뢰성 해석 소프트웨어와 유한요소 해석 소프트웨어를 서로 연동시켜 개발된 FERUM-ABAQUS를 활용한 유한요소 신뢰성 해석을 통해 액체저장탱크의 파괴확률을 계산하였다. 이러한 유한요소 신뢰성 해석 기법은 두 소프트웨어 간의 자동적인 데이터 교환이 가능하여 보다 효율적으로 구조물의 지진 취약성을 평가할 수 있으며, 이를 통해 얻은 파괴확률 결과를 바탕으로 지진 강도에 따른 액체저장탱크의 지진 취약도 곡선을 성공적으로 도출하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권11호
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• pp.917-929
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• 2019

하천의 탈질은 수질 개선과 정확한 아산화질소($N_2O$) 발생량 추정에 관련해서 매우 중요한 역할을 한다. 탈질과정은 질소 산화물($NO_3{^-}$)을 다수의 단계를 걸쳐 기체 질소($N_2$ 또는 $N_2O$)로 변화시키는 호흡과정으로, 강력한 온난화기체인 $N_2O$의 주요한 생물학적 배출 또는 흡수 과정이다. 수생태계에서는, 물의 범람, 기질 공급과 유체역학적, 생지화학적 특성의 복잡한 상호작용이 탈질 과정과 다단계 반응의 정도에 따라 중간산물인 $N_2O$ 발생량(flux)을 조절한다. 이처럼 기질의 농도뿐만 아니라 하상의 물 흐름과 체류시간이 반응 산물에 영향을 미치지만, 하천에서 탈질 정도를 조절하는 유체역학적 특성과 지형학적, 생지 화학적 인자의 상호작용에 대한 연구 결과는 아직 제한적이다. 본 실험은 미세지형 변화의 영향을 모의하기 위해서 2차원 실험 수로에 사구를 형성하여 하상지형에 따라, 정지상태의 폐쇄형 챔버를 이용해 $N_2O$ 발생량을 측정하였다. 또한 기질과의 미세지형의 상호작용을 확인하기 위해서 두 독립된 실험은 같은 수로와 지형 구조를 가지지만 다른 용존 유기탄소(DOC) 농도로 설계하였다. 또한 얻어진 자료를 토대로 Random Forest 모델을 활용하여 $N_2O$ 발생량과 조절인자를 추정하였다. 높은 DOC 농도 실험에선, $N_2O$ 발생량이 흐름 방향을 따라 증가하다 사구 뒤쪽 경사에서 가장 높은 발생량($14.6{\pm}8.40{\mu}g\;N_2O-N/m^2\;hr$)이 측정되며, 그 이후로 감소하는 경향을 보인다. 또한 사구 뒤쪽 경사에서 암모늄 농도가 $31.0{\pm}6.24{\mu}g-N/g\;dry\;soil$로 가장 높으며 $N_2O$ 발생량과 유사한 경향을 나타낸다. 반면에, 낮은 DOC 토양은 지형학적 변화에 따른 $N_2O$ 발생량과 암모늄의 변화를 나타내지 않았으며 발생량과 농도 또한 낮게 나타났다. 따라서 본 실험을 통해 비록 지형적 변화는 $N_2O$ 발생량과 화학적 특성에 영향을 미쳤지만, 그 효과는 탄소 가용성에 의해 제한된다는 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권1호
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• pp.97-107
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• 2015

2 상 유동장에 놓인 열 교환기 튜브에 작용하는 점성 감쇠비와 압착막 감쇠비를 예측하기 위한 해석 모델이 개발되었다. 열 교환기 튜브에 작용하는 유동유발진동을 해석하기 위하여 감쇠에 대한 정보가 요구된다. 열 교환기 튜브에서 가장 중요한 에너지 소산 기구는 튜브와 지지물과 같은 구조물과 액체 사이의 동적 작용에 연계되어 있다. 본 모델은 1997 년 발표된 근사모델에 근거하고 부가질량계수를 고려하여 개발되었다. 어림적 해석모델은 동심환 내에서 진동하는 내부 실린더에 작용하는 수력학적 힘을 계산하기 위하여 개발되었다. 점성력을 포함한 수동력은 높고 혹은 낮은 진동 레이놀드 수에 따라 개발된 두 가지 모델을 사용하여 각각 계산할 수 있다. 관군과 지지대에서의 상당 직경과 침투깊이는 관군에 작용하는 점성 감쇠력과 지지대에서의 압착막 감쇠력을 각각 계산하는데 매우 중요한 변수이다. 2 상 유동의 기공률을 계산하기 위하여 균질모델이 사용되었다. 본 모델을 검증하기 위하여, 모델의 해석결과는 기존의 이론으로 구한 결과와 비교하였다. 본 모델을 사용하여 점성 감쇠비와 압착막 감쇠비를 어림적으로 구할 수 있음을 보였다.

• 에너지공학
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• 제20권3호
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• pp.242-251
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• 2011

수직 원형관 내부의 자연대류 열전달 현상이 상 하단 마개 유무 그리고 마개의 가열 및 단열조건에 따라 어떻게 변화하는지 $Ra_{Lw}$ 수 $9.26{\times}10^9\sim7.74{\times}10^{12}$의 범위에 대해 실험적으로 연구하였다. 상사성의 원리를 이용하여 열전달 실험을 대신하여 황산-황산구리 수용액의 전기도금계를 이용한 물질전달 실험을 수행하였다. 실험결과, 수직 원형관의 위와 아래가 열린 경우 자연대류 열전달은 기존의 수직평판에 대한 그것과 일치하였고 상 하단 마개의 영향 따른 열전달의 변화는 Krysa 등, Sedahmed 등과 Chung 등이 실험한 현상과 일치하였다. 구리 마개를 사용한 경우 측정된 열전달은 층류와 난류영역에서 원형관의 아래만 막혔을 때가 가장 높게 측정되었고 다음으로는 위와 아래가 모두 막힌 경우, 위만 막힌 경우 그리고 위와 아래가 모두 열린 경우의 순으로 열전달이 변화하였다. 한편, 아크릴 마개를 사용한 경우에는 그 경향은 비슷했지만 위와 아래가 모두 열린 경우가 위만 막힌 경우보다 열전달이 높았다. 구리 마개를 사용한 경우 아크릴 마개보다 열전달이 높았다. 이는 서로 다른 가열벽면에서 발생된 유동의 상호작용에 기인하였기 때문인 것으로 판단된다. 본 실험을 통하여 기존연구보다 확장한 유동영역과 기하구조에 대하여 열전달의 영향을 관찰하였고, 층류와 난류영역에 대한 자연대류 열전달 상관식을 제시하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제26권6호
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• pp.742-750
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• 2020

선체 부가물에서 발생하는 유동소음은 자체소음 관점에서 소나의 성능과 직결되고, 추진기 및 방향타와 상호작용을 통해 2차 소음원을 야기해 근접장 범위의 엄밀한 분석이 요구된다. 하지만 유동소음 해석에 적용되는 기존의 음향상사법은 음향 신호의 전파를 직접 모사하지 않는 간접법에 해당해 회절, 반사, 산란 특성을 고려할 수 없으며, 근접장 해석이 제한적이다. 본 연구에서는 격자 볼츠만 기법을 적용해 수중환경 유동소음의 전파과정을 직접 모사하였다. 격자 볼츠만 기법은 분자의 충돌과 흐름 과정을 통해 유동소음을 해석하는 기법으로, 압축성과 낮은 소산율, 낮은 분산율의 특성을 가지고 있어 소음해석에 적합하다. 선체 부가물 형상을 대상으로 RANS 해석을 통해 유동소음원을 도출하고, 유동-음향 경계면을 적용한 격자 볼츠만 기법으로 유동소음의 전파과정을 직접적으로 모사했다. 도출된 결과를 수음점의 위치에 따라 FW-H 결과 및 유체동압력 결과와 비교를 통해 근접장에서 타 기법 대비 격자 볼츠만 기법의 유용성을 확인했다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권3호
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• pp.724-729
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• 2017

회전익항공기용 연료탱크의 중요한 성능 중의 하나인 내충격성능은 충돌충격시험을 통해 검증된다. 충돌충격시험은 작용하는 하중이 매우 높기 때문에 실패 위험이 큰 시험인데, 만약, 연료탱크가 내충격 요구조건을 불만족하게 되면 항공기 전체 개발 일정에 심각한 차질을 줄 수 있다. 따라서, 초기 설계단계부터 연료탱크 충돌충격시험에 대한 수치해석을 수행하여 실물시험에서의 실패 가능성을 최소화 하려는 노력이 수행되어 왔다. 최근, 국내개발 회전익항공기의 항속거리를 증가시키기 위한 목적으로 외부 보조연료탱크 개발이 진행되고 있다. 본 연구에서는 해당 외부 보조연료탱크의 내충격 성능의 검토를 위해 현재까지 진행되어 온 충돌충격시험에 대한 수치해석 결과를 제시하였다. 수치해석 방법으로는 유체-구조 연성해석 방법인 입자법을 적용하였고, 미군사규격에서 규정하고 있는 시험조건을 해석조건으로 반영하였다. 또한, 실물 연료탱크 소재의 시편시험을 통해 기 확보된 바 있는 물성데이타를 수치해석에 적용하였다. 그 결과로 연료탱크 외피 및 피팅 부위의 등가응력을 계산하고 내부 장착품의 거동과 작용 하중을 분석함으로써 외부 보조연료탱크의 내충격성 설계를 위한 데이터 확보 가능성을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.258-271
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• 2010

방조제 완공 후 반폐쇄형 하구호 특성을 가지는 새만금호의 동수역학 및 수질변화를 이해하기 위하여 EFDC 모형에 상세격자를 적용한 수치모의를 실시하였다. 본 연구에서는 선행연구의 제한사항을 개선하고 배수갑문의 운영을 고려하였으며 수체-저질/대기간의 3상 모의가 수행되었다. Lagrangian 입자추적모의를 통해 새만금호 내부의 혼합이 갑문운영에 따른 영향보다는 만경·동진강의 하천유량에 지배되고 있음을 확인하였다. 방조제 완공 후 해수소통이 저하되면서 동진 유입부에서는 표층과 저층간 DO 농도 차이가 유발되며, 정체된 인공호 특성상 SOD도 호내빈산소 현상을 유발시켜 수질을 저해시키는 요인으로 작용하는 것이 확인되었다. 부영양화 상태를 나타내는 TSI 평가에 따르면 만경수로에서는 끝물막이 전·후에 상관없이 부영양화 가능성이 높게 나타나며, 동진수로에서는 방조제 완공 이후에 부영양화 발생 가능성이 높게 평가되었다. 배수갑문 운영과 연계된 수치모의 결과에 따르면 무작위적인 갑문운영이 내부 수질에 영향을 미치는 유의할만한 차이를 확인 할 수 있었다. 따라서 내부 개발 방안에 따른 최적의 수질확보에는 적절한 갑문운영이 수질관리에 중요한 인자로 작용한다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제19권2호
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• pp.151-158
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• 2016

조류발전단지는 유망한 해역에 터빈을 복수로 다배열하여 발전하는 시스템을 말한다. 이러한 단지는 각 터빈이 최대 효율로 작동하고, 최대 발전량을 얻을 수 있도록 설계되어야 하는데, 이를 위해서는 터빈 사이의 간섭으로 인한 성능 저하가 발생하지 않도록 터빈은 일정 거리를 두고 배치되어야 한다. 수평축 터빈의 경우 EMEC(European Marine Energy Centre)에서 배치거리를 제안하고 있으나, 수직축 터빈은 그러한 규정이 제안된 바 없다. 여러 연구 결과들에 따르면 수직축 터빈이 인접할 경우 성능의 향상까지 도모될 수 있으므로, 그 배치는 수평축 터빈보다 더욱 중요하게 검토될 필요가 있다. 본 논문에서는 수직축 터빈에 대하여 수평축 터빈과 같이 일정 거리를 두고 배치하는 것과 터빈을 인접하도록 배치하는 것과의 차이를 조사하였다. 이를 위해 두 터빈간의 거리와 회전방향을 파라메터로 하여 그에 따른 성능 차이를 수치해석적으로 연구하였고, 그 이유를 파악하고자 하였다. 본 연구를 통하여 가장 적절한 수치해석 영역과 조건을 설정할 수 있었으며, 인접한 두 터빈이 각각 반시계-시계방향으로 회전하는 것이 단독 터빈 2기 대비 약 9.2%의 성능향상이 예측되었다. 터빈이 대각으로 배치된 경우는 최대 약 5.6%정도 성능이 향상됨을 확인하였다. 본 연구는 수직축 터빈을 이용한 조류발전단지를 설계시 유용한 정보가 될 것으로 기대된다.