• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.182-190
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• 2009

Lin and Liu(1999)는 VOF기법을 도입한 RANS 방정식 모형을 이용하여 목표 파형을 조파할 수 있도록 연속방정식의 질량 원천항을 이용하는 내부조파기법을 제안하였다. 이로부터 외부조파에 의한 영역 내 재반사 문제가 해결되어 RANS 방정식 모형을 이용한 파랑수치실험이 수행되어 발표되어 왔다. 본 연구에서는 RANS 방정식 모형의 운동량 원천항을 이용한 내부조파기법을 사용하여 목표 파형을 조파할 수 있도록 하였다. FLUENT의 사용자 정의함수를 이용하여 두 조파방법에 대해 수치실험하고 비교하였다. 그리고 조파기법의 적용성을 살펴 보기 위해 Luth et al.(1994)의 수리실험을 수치모의하고 그 결과를 비교하였으며, 수심방향 변화를 보이는 수치 모의 결과들을 제시하고 고찰하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권6호
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• pp.545-555
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• 2012

컴퓨터 기술의 발달과 더불어 수치해석을 이용한 파랑변형에 대한 연구는 꾸준히 발전하고 있으며 점점 중요한 역할을 수행하고 있다. 하지만 수치모형을 이용한 연구에는 다양한 문제점이 발생할 우려가 있는데, 그 중 가장 빈번하게 발생하는 문제 중의 하나가 파랑의 조파지점에서 발생하는 수치수조내로의 재반사 문제이다. 재반사를 막기 위한 방법으로는 내부조파 기법을 이용하는 것이 일반적이다. Navier-Stokes 방정식 모형에서는 질량 원천항을 이용한 내부조파 기법을 주로 사용해 왔으나, 기존의 연구는 대부분 연직 2차원 수치모형을 이용한 연구에 국한되어 있었다. 그러나 3차원 수치모형을 이용한 연구가 점차 활발해지면서 3차원 Navier-Stokes 방정식 모형의 내부조파 기법에 대한 필요성이 증대되고 있다. 최근 RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 방정식 모형에서 Boussinesq 방정식의 운동량 원천항을 활용하여 파랑을 내부조파하는 기법이 발표되어 3차원 공간에서 경사지게 입사하는 파랑을 성공적으로 재현하였다. 본 연구에서는 LES(large eddy simulation) 기반의 3차원 Navier-Stokes 방정식 수치모형에 운동량 원천항을 이용한 내부조파 기법을 적용하여 목표파랑을 조파하고 해석해와 비교하여 이를 검증하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제43권9호
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• pp.801-811
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• 2010

급경사에서의 고립파의 처오름을 예측하기 위해 3차원 수치모형에 내부조파기법을 도입하여 수치모형실험을 수행하였다. 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 유한차분법을 이용하여 계산하는 동수압 모형으로서, 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(spatially averaged Navier-Stokes) 방정식을 푸는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형을 사용한다. 엇갈림 격자체계에서 유한차분법을 사용하여 지배방정식을 해석하는 모형으로서 수치기법으로 Two-step projection 기법을 사용하여 SANS 방정식을 풀었으며, Poisson 방정식을Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 풀고 압력장을 계산하였다. 또한, 자유수면의 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 먼저 고립파를 3차원 공간의 일정 수심상에서 내부조파하여 해석해와 비교한 후 분산오차에 대해 분석하였다. 그리고 고립파를 내부조파하여 급경사에서의 고립파의 처오름 및 처내림 현상을 예측하고 수리모형 실험결과와 비교 및 분석하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권6B호
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• pp.379-385
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• 2012

최근의 컴퓨터 연산 성능의 향상과 전산유체역학 분야의 이론적 발전은 완전한 Navier-Stokes 방정식을 이용한 파랑의 수치모의를 가능하게 하였다. 본 연구에서는 질량원천함수를 이용한 내부조파 기법을 레블셋 유한요소법과 결합하였다. 수치모형은 먼저 2차원 파랑 조파와 전파에 적용되었다. 다음에 같은 문제의 3차원 파랑 모의에 적용되었다. 컴퓨터 자원의 효율적 활용과 연산속도 향상을 위하여 3차원 문제에는 병렬 계산 알고리즘이 고안되어 적용되었다. 수치모의에 의한 계산 결과를 이론적인 값과 비교하였으며, 잘 일치함을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.181-184
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• 2012

기존에 제시된 Lin 과 Liu (1999)의 VOF 기법을 이용한 내부 조파 방법을 레블셋 기법에 적용하였다. 기하학적으로 유리한 유한요소법을 이용하여, Navier-Stokes 방정식의 공간차분에는 Characteristic Galerkin 기법을, 시간차분에는 Fractional Four-Step 기법을 적용하였다. 그림에 보인 바와 같이 중심(x=0)에서 전파하는 경우, 외부조파에 의한 영역내 재반사 문제가 해결되어 선형파를 의도한 바대로 잘 조파할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.594-599
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• 2009

Recent developments such as concern over global warming, depletion of fossil fuels and increase in energy demands by the increasing world population has eventually lead to mass production of electricity using renewable sources. Apart from wind and solar, ocean holds tremendous amount of untapped energy in forms such as geothermal vents, tides and waves. The current study looks at generating power using waves and the focus is on the primary energy conversion (first stage conversion) of incoming waves for different models. Observation of flow characteristics and the velocity in the augmentation channel as well as the front guide nozzle are presented in the paper. A numerical wave tank was used to simulate the waves and after obtaining the desired wave properties; the augmentation channel plus the front guide nozzle and rear chamber were integrated to the numerical wave tank. The waves in the numerical wave tank were generated by a piston type wave maker which was located at the wave tank inlet. The inlet which was modeled as a plate wall moved sinusoidally with the general function, x=asin$\omega$t The augmentation channel consisted of a front nozzle, rear nozzle and an internal fluid region representing the turbine housing. The analysis was performed using the commercial CFD code ANSYS-CFX.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제23권7호
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• pp.662-668
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• 2013

In this paper, possibility of controlling motion of a floating structure using a tuned liquid damper (TLD) is numerically investigated. A TLD is a tank partially filled with liquid. Sloshing motion of liquid inside a tank is known to suppress movement of the tank subject to external excitations at specific frequency. The effects of sloshing phenomena inside a rectangular floating body on its surge motion are investigated by varying external excitation frequency. First, a grid-refinement study is carried out to ensure validity of grid independent numerical solutions using present numerical techniques. Then, surge motion of the floating body subjected to external wave is simulated for five different excitation frequencies of which the center frequency equals to the natural frequency of internal liquid sloshing. The normalized amplitudes of surge motion of the target floating body are compared according to the excitation frequency, for the cases with and without water inside the floating body. It is shown that the motion of the floating body can be minimized by matching the sloshing natural frequency to the excitation frequency.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.237.1-237.1
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• 2010

Recent developments such as concern over global warming, depletion of fossil fuels and increase in energy demands by the increasing world population has eventually lead to mass production of electricity using renewable sources. Ocean contains energy in form of thermal energy and mechanical energy: thermal energy from solar radiation and mechanical energy from the waves and tides. The current paper looks at generating power using waves. The primary objective of the present study is to maximize the primary energy conversion (first stage conversion) of the base model by making some design changes. The model entire consisted of a numerical wave tank and the turbine section. The turbine section had three components; front guide nozzle, augmentation channel and the rear chamber. The augmentation channel further consisted of a front nozzle, rear nozzle and an internal fluid region representing the turbine housing. Different front guide nozzle configuration and rear chamber design were studied. As mentioned, a numerical wave tank was utilized to generate waves of desired properties and later the turbine section was integrated. The waves in the numerical wave tank were generated by a piston type wave maker which was located at the wave tank inlet. The inlet which was modeled as a plate wall which moved sinusoidally with the general function, $x=asin{\omega}t$. In addition to primary energy conversion, observation of flow characteristics, pressure and the velocity in the augmentation channel, rear chamber as well as the front guide nozzle are presented in the paper. The analysis was performed using the commercial code of the ANSYS-CFX. The base model recorded water power of 29.9 W. After making the changes, the best model obtained water power of 37.1 W which represents an increase of approximately 24% in water power and primary energy conversion.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.43-43
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• 2011

최근 컴퓨터 기술의 발전으로 수심방향으로 완전한 운동방정식인 Navier-Stokes 방정식을 이용하는 3차원 수치모형에 의한 연구가 기초과학 분야인 수학에서부터 공학은 물론 의학 분야까지 광범위하게 진행되고 있다. 3차원 수치모형을 이용한 연구는 이론적으로 매우 우수하긴 하나 정확도 높은 결과를 얻기 위해서는 매우 조밀한 격자를 필요로 하기 때문에 아직까지 막대한 계산시간이 필요하다는 단점이 있으나 근래의 컴퓨터 기술이 엄청난 속도로 발전하고 있는 점을 감안할 때 적용 가능성은 계속 높아지고 있다. 이러한 흐름에 따라 해안공학 분야에서도 3차원 수치모형을 이용한 다양한 연구가 시도되고 있다. 복잡한 해안구조물로 인한 파랑변형 및 구조물의 안전성 등을 검토할 때 기존의 평면 2차원 수치모형이나 연직 2차원 수치모형으로는 재현이 힘들어 상대적으로 수치모형을 활용한 연구의 효용성이 낮았던 것에 비해 3차원 수치모형을 활용할 경우 복잡한 지형 및 구조물의 형상을 재현할 수 있기 때문에 좀 더 유용하게 사용될 수 있다. 한편, 파랑변형을 다루는 수치모형실험을 수행할 때 외부조파를 사용할 경우 구조물이나 지형에 의해 반사되어 나온 파랑이 조파지점에 도달할 때 실험영역으로 재 반사되는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 내부조파기법의 개발에 대한 연구가 필수적이었으며, 2차원 수치모형을 중심으로 그 연구가 매우 활발하게 진행되어 왔으나 Navier-Stokes 방정식 모형의 경우 상대적으로 연구가 미흡하였다. 본 연구에서는 3차원 Navier-Stokes 방정식 모형에서 내부조파기법을 도입하여 목표 파랑을 조파하였다. 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 엇갈림 격자체계에서 계산하는 유한차분모형으로 자유수면 추적에는 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용한다. 수치모형실험 결과를 일정한 수심을 전파하는 정현파의 해석해와 비교하였으며, 수치모형실험 결과가 비교적 정확하게 목표 파랑을 조파할 수 있음을 검증하였다.