• 대한조선학회논문집
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• 제39권1호
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• pp.16-27
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• 2002

이유체 비압축성 점성 유동장내에서의 이차원 기포의 운동과 변형을 레벨셋 방법을 도입하여 해석하였다. 지배방정식은 유한체적법을 사용하여 해석하였다. 본 방법의 수치계산결과는 발표된 실험결과와 계산결과의 비교를 통해 검증하였다. 수치계산에서는 초기상태에 유동장 내에 두 유체의 비교란 자유표면이 존재할 때 단일 및 다수의 기포의 운동과 변형을 해석하였다. 해석을 통해 표면장력의 변화와 밀도비의 변화에 따른 기포거동의 변화를 살펴볼 수 있었다. 자유표면은 기포가 자유표면으로 상승할 때 기포의 거동에 큰 영향을 끼친다. 레벨셋법을 사용하여 계산된 본 연구의 결과들을 통해서 기포거동의 특성을 살펴볼 수 있었다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제17권3호
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• pp.68-74
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• 2012

Near-wall effect on wakes behind particles is one of the important factors in precise tracking of particles in turbulent flows. However, most aerodynamic force models for particles did not fully consider the wall effect. In the present study, we focused on changes of hydrodynamic forces acting on a particle depending on wall proximity. To this end, we developed an immersed boundary method with multi-direct forcing incorporated to a fully implicit decoupling procedure for incompressible flows. We validate the present immersed boundary method through two-dimensional simulations of flow over a circular cylinder. Comprehensive parametric studies on the effect of the wall proximity on the drag and lift forces acting on an immersed circular cylinder in a channel flow are performed in order to investigate general flow patterns behind the circular cylinder for a wide range of Reynolds number (0.01 ${\leq}$ Re ${\leq}$ 200). As the cylinder is closer to the wall, the drag coefficient decreases while the lift coefficient increases with a local maximum. Maximum drag and lift coefficients for different wall proximities decrease with increment of Reynolds number. Normalized drag and lift coefficients by their maximum values show universal correlations between the coefficients and wall proximity in a low Reynolds number regime (Re ${\leq}$ 1).

• 대한조선학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.42-52
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• 1997

수중램제트(underwater ram-jet)는 램흡입부(ram intake), 혼합실(mixing chamber) 및 노즐(nozzle)로 구성되어 있으며, 램흡입부로 유입된 작동유체는 압력이 증가되며 이 증압된 작동유체에 혼합실로부터 고압공기를 분사하여 기 액이상류를 형성하여 노즐을 통과하면서 대기압까지 팽창을 하여 작동유체를 고속으로 가속시켜 노즐출구로부터 추력을 얻는 방식으로 차세대 초고속 선박추진장치이다. 본 연구에서는 80노트를 낼 수 있는 선내관통형(buried type vessel) 램제트의 최적 노즐형상데이터를 이용하여 제반변수(벽마찰계수, 가스속도, 기포반경, 대기온도, 질량유량비, 디퓨저면적비, 작동유체의 속도구배)의 변화가 추진특성에 미치는 영향을 파악하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권1호
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• pp.66-71
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• 2012

본 연구에서는 크기가 다른 두 종류의 단단한 구형 입자들로 충전된 이분산(二分散) 충전층을 지나는 비압축성 유체 흐름의 투과도를 실험적으로 측정하고 이론적으로 예측하는 문제를 다룬다. 작은 입자에 대한 큰 입자의 크기 비 ${\lambda}$가 1.25와 2인 두 가지 경우에 대해 여러 가지 입자 혼합 비율로 충전층을 만들고 그 공극률과 유체 흐름의 투과도를 측정하였다. 이분산 충전은 입자 크기가 일정한 단분산 충전에 비해 공극률이 감소하고 투과율이 감소하나 입자들의 크기 비 ${\lambda}$나 혼합 비율 ${\gamma}$에 따라 다르게 나타난다. 두 가지 입자의 혼합 비율에 따른 공극률의 변화와 투과율의 변화 형태는 서로 일치하지 않는다. 개별 충전 입자에 걸리는 항력 계산에 기초한 모델을 고안하여 투과도를 예측하는 간단한 이론식을 유도하였고 이 식을 이용한 예측값을 실험 결과 및 선행 연구 결과들과 비교한 결과, 이 이론식에 의한 투과도 예측값이나 입자 혼합 비율에 따른 투과도 변화 경향이 실험값에 가장 근사하였다. 이 이론식을 이용해 이분산 충전층을 지나는 유체 흐름의 투과도를 간단하고 정확하게 예측할 수 있음을 보였다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제5권3호
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• pp.333-347
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• 2013

The present study numerically models the interaction between a regular wave and the roll motion of a rectangular floating structure. In order to simulate two-dimensional incompressible viscous two-phase flow in a numerical wave tank with the rectangular floating structure, the present study used the volume of fluid method based on the finite volume method. The sliding mesh technique is adopted to handle the motion of the rectangular floating structure induced by fluid-structure interaction. The effect of the wave period on the flow, roll motion and forces acting on the structure is examined by considering three different wave periods. The time variations of the wave height and the roll motion of the rectangular structure are in good agreement with experimental results for all wave periods. The present response amplitude operator is in good agreement with experimental results with the linear potential theory. The present numerical results effectively represent the entire process of vortex generation and evolution described by the experimental results. The longer wave period showed a different mechanism of the vortex evolution near each bottom corner of the structure compared to cases of shorter wave periods. In addition, the x-directional and z-directional forces acting on the structure are analyzed.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.661-674
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• 2002

본 연구의 목적은 Navier-Stokes 유체의 최적 제어 문제의 해를 얻을 수 있는 효과적인 수치해석기법을 개발하고, 이를 물체의 항력(drag)을 최소화하는 문제에 적용하는데 있다. 본 연구는 항력을 줄인다는 산업적인 중요성과 함께 최적 제어를 위한 하나의 효과적인 최적화 기법의 모델을 제공하고 있다. 항력을 줄이기 위한 방법으로써 물체의 경계면에서 유체의 흡입(suction)과 방출(injection)이라는 기법을 사용하여 경계면에서 속도를 제어하였고, 목적함수로써 항력을 표현하기 위하여 에너지 소실의 변화율을 사용하였다. 컴퓨터 용량을 최소화하고 최적화에서의 해의 보장성과 경제성을 위하여, Navier-Stokes의 해석을 위하여 페널티 방법을 사용하였고 최적화 기법을 위해서는 SQP 방법을 사용하였다. 그리고 Navier-Stokes 유체는 대단히 비선형성을 나타내기 때문에 최적화를 수행하기에는 매우 힘들다. 이를 위하여 연속기법(continuation technique)을 사용하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권7호
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• pp.930-938
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• 2018

잠수함에서 발생하는 수중방사소음은 적함의 소나에 의해 피탐될 확률과 직결되며, 잠수함 저소음화 방안은 생존성 향상을 위해 필수적이다. 최신 잠수함의 경우 기계류 소음저감 및 고속/대형화가 진행됨에 따라 선체 주위에 발생하는 유동소음에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 자유수면의 효과를 고려하여 잠수함 형상 주위에 발생하는 유동소음 수준을 예측할 수 있는 소음해석기법을 개발하였다. 잠수함이 자유수면 근처 운항시에 잠수함 주위 유동장의 교란에 의해 발생하는 난류유동소음과 쇄파버블에 의한 소음이 발생한다. 먼저 잠수함 주위 유동장 해석을 위해, VOF법 기반의 비압축성 이상유동(two-phase flow)해석을 수행하여 잠수함 주위 자유수면 형상과 유동장 정보를 도출하였다. 이후 난류유동소음해석을 위해 음향상사기법인 Permeable FW-H를 적용하였고, 쇄파버블 소음해석을 위해 유동해석에서 도출된 난류운동에너지 분포결과를 기반으로 쇄파버블 소음모델을 적용하였다. 최종적으로 개발된 유동소음 해석기법은 선박해양플랜트연구소(KRISO)의 대형캐비테이션터널(LCT)에서 수행된 잠수함 모형 유동소음계측 실험결과와 비교를 통해 검증을 수행하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.235-242
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• 2017

능동 파괴 방호 구동제어기는 기계, 항공 및 군사 분야 등에서 사용될 수 있는 제어기로서, 상대의 비행물체를 능동제어를 통해 추적 타격하는데 사용된다. 구동제어기를 이용하여 목표지점까지의 정밀도를 갖고 동작이 유지되어야 하기 때문에, 이에 대한 신뢰성 확보가 대단히 중요하다. 이러한 구동제어기가 사용되는 주위 환경의 온도는 약 $-32^{\circ}C{\sim}50^{\circ}C$($241^{\circ}K{\sim}358^{\circ}K$)이다. 신뢰성을 갖기 위해 구동제어기에서 중요시 간주되는 문제 중의 하나는 구동제어기 내의 열 발생이 어느 한계수준($85^{\circ}C$($358^{\circ}K$))이하로 유지되어야 정밀도와 신뢰성을 확보할 수 있다는 점이다. 따라서 구동제어기 내의 열 유동특성에 대한 연구와 분석이 필요하게 된다. 본 논문의 수치시뮬레이션을 위해 저 레이놀드 수 $k-{\epsilon}$ 난류모델과 비압축성 점성 유동을 가정하였고, 상용 소프트웨어인 Solid-Works Flow Simulation을 사용하였다. 본 논문의 목적은 각종 칩이나 보드 등을 갖는 구동제어기 내부의 열 유동 특성을 해석하여 구동제어기의 안전한 설계를 하는데 있다. 해석으로부터, 보드들과 칩들의 온도분포가 어떤 한계 수준 이내에 있음을 보여준다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.150.1-150.1
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• 2014

Showerhead is used as a main part in the semiconductor equipment. The face plate flatness should remain constant and the cleaning performance must be gained to keep the uniformity level of etching or deposition in chemical vapor deposition process. High operating temperature or long period of thermal loading could lead the showerhead to be deformed thermally. In some case, the thermal deformation appears very sensitive to showerhead performance. This paper describes the methods for robust design using computational fluid dynamics. To reveal the influence of the post distribution on flow pattern in the showerhead cavity, numerical simulation was performed for several post distributions. The flow structure appears similar to an impinging flow near a centered baffle in showerhead cavity. We took the structure as an index to estimate diffusion path. A robust design to reduce the thermal deformation of showerhead can be achieved using post number increase without ill effect on flow. To prevent the showerhead deformation by heat loading, its face plate thickness was determined additionally using numerical simulation. The face plate has thousands of impinging holes. The design key is to keep pressure drop distribution on the showerhead face plate with the holes. This study reads the methodology to apply to a showerhead hole design. A Hagen-Poiseuille equation gives the pressure drop in a fluid flowing through such hole. The assumptions of the equation are the fluid is viscous-incompressible and the flow is laminar fully developed in a through hole. An equation can be expressed with radius R and length L related to the volume flow rate Q from the Hagen-Poiseuille equation, $Q={\pi}R4{\Delta}p/8{\mu}L$, where ${\mu}$ is the viscosity and ${\Delta}p$ is the pressure drop. In present case, each hole has steps at both the inlet and the outlet, and the fluid appears compressible. So we simplify the equation as $Q=C(R,L){\Delta}p$. A series of performance curves for a through hole with geometric parameters were obtained using two-dimensional numerical simulation. We obtained a relation between the hole diameter and hole length from the test cases to determine hole diameter at fixed hole length. A numerical simulation has been performed as a tool for enhancing showerhead robust design from flow structure. Geometric parameters for the design were post distribution and face plate thickness. The reinforced showerhead has been installed and its effective deposition profile is being shown in factory.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권11호
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• pp.7990-8000
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• 2015

식물공장은 환경적 조건을 조절하여 계절이나 장소에 관계없이 농산물을 일정하게 생산하는 식물재배 시스템이다. 식물공장에 있어서 내부의 열 유동은 식물공장의 중요한 변수이다. 본 논문에서는 다층 재배선반을 갖는 하이브리드 식물공장 내의 열유동 특성을 수치 시뮬레이션을 통해 연구하였다. 열 유동 특성의 수치해를 얻기 위해 유한체적법(Finite Volume Method)을 이용하였다. 수치해석 모델에 있어서는 저 레이놀드수(low Reynolds number) ${\kappa}-{\epsilon}$ 난류모델을 이용하였으며, 해석방법으로는 비압축성 점성유동 영역과 압력경계 조건을 사용하였다. 수치해석에 있어, 3종류의 유입 공기속도와 재배선반의 위치변화에 따른 식물공장 내의 열유동 특성을 상용 프로그램인 Solid Works Flow simulation을 사용하였다. 수치해석을 통한 결론은 다음과 같다. 첫째, 송풍기를 통한 식물공장 내의 유입 공기속도를 1.6 m/s로 하였을 때, Case 3의 재배선반 배치가 비교적 균일한 온도 분포를 나타내었고, LED광만을 사용한 Case 1의 배치는 시험베드(test bed) TB2와 TB3 영역의 낮은 온도분포로 인하여 서큘레이터 등을 통한 추가적인 온도 제어가 필요할 것으로 판단되었다. 둘째, 식물재배 LED 인공광(DYLED47)의 청색광과 적색광의 비율을 1:1로 100% 구동 시, 재배선반의 평균 온도가 약 $3^{\circ}C$ 증가하였다. 본 논문은 한국산학기술학회 논문지 심사용 투고요령입니다.