• Proceedings of the KSME Conference
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• 2002.08a
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• pp.811-814
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• 2002

Using a mathematical theory, we show that the optimality condition of a turbulent diffuser with maximum pressure recovery at the exit is zero shear stress along the wall. The optimal diffuser shape is designed through iterative procedures by using the $k-{\varepsilon}-{\nu}^{2}-f$ turbulence model for flow simulation. The Reynolds number based on the bulk mean velocity and the channel height at the diffuser entrance is 18,000. We also perform large eddy simulation to validate the shape design results and investigate the flow characteristics near the zero-skin friction wall. Results from large eddy simulation show that the skin friction is slightly higher than zero but is still very small as compared to that of the flat plate boundary layer flow Although the time-averaged wall shear stress is slightly above zero along the diffuser wall, instantaneous flow reversals occur intermittently. The streamwise mein velocity shows an asymptotic behavior of the half-power-law near the wall where the skin friction is close to zero.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2001.11b
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• pp.934-939
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• 2001

In computational study of the flow in piston engines and the flow through moving valves, the use of moving vertices is essential for modelling flows with moving boundaries. The positions of cell vertices in such cases must be allowed to vary with time. To simulate 3-dimensional port-valve and piston-cylinder of HIMSEN 6H21/32 engine, a commercially available code, STAR-CD, was used. Changes in mesh geometry was specified by PROSTAR commands.(i.e. the Change Grid operation in the EVENTS command module.) Control of the intake flow is expected to play an important role as designers seek to obtain better fuel spray characteristics, fuel mixing and mixture preparation, combustion performance, and emissions reductions to meet national standards. As a result of analysis, velocity fields indicate the presence of a structured flow comprised of one pair of counter-rotating vortices under the intake valve during the early induction process. These flow structures remain visible for most of the intake process. As the piston moves towards BDC, these vortices develops into a larger tumbling motion that dominates the flow structure.

• Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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• v.7 no.8
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• pp.150-159
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• 1999

Exhaust system is composed of several parts. Among, them , design of muffler system strongly influences on engine efficiency and noise reduction. So , through comprehension of flow characteristics inside muffler is necessary . In this study , three-dimensional steady and unsteady compressible flow analysis was performed to understand the flow characteristics, pressure loss and amplitude variation of pulsating pressure. The computational grid generation was carried out using commercial preprocessor ICEM CFD/CAE. And the three-dimensional fluid motion inside the muffler was analyzed by STAR-CD, the computational fluid dynamics code. RNG k-$\varepsilon$ tubulence model was applied to consider the complexity of the geometry and fluid motion. The steady and unsteady flow field inside muffler such as velocity distribution, pulsating pressure and pressure loss was examined. In case of unsteady state analysis, velocity of inlet region was converted from measured pulsating pressure. Experimental measurement of pressure and temperature was carried out to provide the boundary and initial condition for computational study under three engine operating conditions. As a result of this study, we could identify the flow characteristics inside the muffler and obtain the pressure loss, amplitude variation of pulsating exhaust gas.

• Proceedings of the SAREK Conference
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• 2008.06a
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• pp.1366-1371
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• 2008

Four simulation models of plastic plate heat exchangers are designed and simulated. The flat plate type heat exchanger is designed as the reference model in order to evaluate how much thermal performance increases. The turbulence promoter type heat exchanger is fabricated with cylindrical-type vortex generators and rib-type turbulence promoters. The corrugate type is obtained from the conventional stainless steel compact heat exchangers, which are called the herringbone-type compact heat exchangers. The dimple type heat exchanger has a number of dimples on its surface. In this study, the flow and heat transfer characteristics of the plastic plate heat exchanger are investigated using numerical simulation and compared with experimental results. The flows are assumed as a three-dimensional, incompressible and turbulent model. The standard k-$\varepsilon$ model is used as the turbulent flow modeling, the SIMPLE algorithm is used to treat the coupling between pressure and velocity, and first order upwind scheme is used for discretization of momentum, turbulent and energy. The computational analysis and experimental results both show that the friction coefficient and Nu number is highest in the corrugate type.

• Proceedings of KOSOMES biannual meeting
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• 2017.11a
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• pp.162-163
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• 2017

해양 HNS(Hazardous and Noxious Substances)의 유출 사고 시, 막대한 인명 피해와 환경 훼손을 피하기 위해 유출 사고 조기 예측과 정확한 확산 경로를 예측하는 것이 필수적이다. 본 연구의 최종목적은 전산유체역학을 이용하여 HNS사고가 발생하였을 때 위험구역을 적절히 예측할 수 있는 수치해석기법을 개발하고, 다양한 해양사고조건과 환경영향을 고려하여 근접역에서의 2차원 확산 특성을 고찰하고 확산 현상을 예측하기 위한 모델을 개발하는 것이다. 본 연구에서는 상용코드인 ANSYS FLUENT(V. 17.2)을 사용하여 근접역에서의 2차원 확산특성을 모사하고 분석하였다. 특히, 누출된 HNS의 위치별 농도를 예측하기 위해 종수송방정식(Species Transport Equation)을 이용하였으며 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 방정식과 표준 $k-{\varepsilon}$ 모델을 이용하여 난류유동을 모사하였다. 해석된 결과는 문헌에서 얻어진 실험데이터와 상호비교하였으며 해수의 유속, HNS의 밀도에 따른 유층 두께, 해수면 HNS 평균 농도 그리고 HNS 전파 속도를 분석하였다. 유층 두께는 해류 유속에 따라 변화하며 변화 경향에 따라 두 구간으로 나눌 수 있다. 해류 전파 속도는 대체로 해류 유속과 선형적 비례관계를 갖는 것으로 나타났다. 해수면 평균 HNS 농도는 해류 유속에 선형적으로 비례하여 감소하며, HNS 밀도가 큰 경우 해수면 평균 HNS 체적 농도는 더 빠르게 감소하게 된다. 이러한 결과는 HNS 확산 특성을 분석하고 관련된 예측모델을 개발하는 데에 기여할 수 있다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.27 no.3
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• pp.286-292
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• 2005

This study is to investigate the industrial boiler which can be significantly affected by the restriction of NOx. Note that the application of SNCR method to industrial boiler is usually blown as not feasible due to the insufficient residence time for proper mixing. The purpose of this study is to investigate the applicability of the SNCR system application to the industrial boiler, which produces 40 tons of steam per hour using heavy oil. For the industrial boiler with 3-D rectangular coordinate, the general coding are made fur various turbulence modeling such as turbulent flow, turbulent fuel combustion, thermal NO formation and destruction together with the NO reaction with reducing agents. Further, the incorporation of drop trajectory model is successfully made in 3-D rectangular coordinate with Lagrangian frame and the main swirl burner effect on the characteristics of flame is considered. As expected a short flame was created and thereby NOx is removed more efficiently by increasing the proper region of temperature for NO reduction reaction. The validation of program was made successfully by the comparison of experimental data. Based on the reliable calculation results, the SNCR method in a industrial boiler shows the possibility as one of viable NO reduction method by the use of well designed mixing air of reducing agent.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.34 no.1
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• pp.11-23
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• 1997

This paper contains a new approach to blade section design method for marine propellers. The hydrodynamic characteristics of 2-D section are highly influenced by its geometrical parameters i.e., thickness and camber distributions and leading edge radius etc. To consider fully turbulent flow field near 2-D section. the finite volume method with k-${\varepsilon}$ turbulent model which solve Reynolds time averaged Navier-Stokes(RANS) equation is applied. In this study, O-type grid system that can provide many calculation points on blade surface is used. The results were compared with those of the experiment of NACA0012 to confirm the accuracy of the developed codes. The goal of this study is the development of a blade section with high efficiency and low drag. To achieve this, we carried out the tests of lift, drag and cavitation characteristics in cavitation tunnel. The results of experiment were compared with numerical results in order to validate the proposed blades design method. By comparing the numerical results with the experiments, we found that the new blade section, KH28 allows superior performance in efficiency and cavitation avoidance characteristics. We further investigated the blade section design method and an application study of this section, KH28 to apply to the marine propeller. In order to improve the accuracy of numerical results on prediction of lift and drag, we conclude here that the 2-layer boundary model must be used.

• Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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• v.6 no.2
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• pp.12-20
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• 1998

Exter ballistics of a typical high-speed projectile is studied through a flow-visualization experiment and an unstructured grid Navier-Srokes computation. Experiment produced a schlieren photograph that adequately shows the characteristic features of this complex flow, namely two kinds of oblique cone shocks and turbulent wake developing into the downstream. A hybrid scheme of finite volume-element method is used to simulate the compressible Reynolds-Averaged Navier-Stok- es solution on unstructured grids. Osher's approximate Riemann solver is used to discretize the cinvection term. Higher-order spatial accuracy is obtained by MUSCL extension and van Albada ty- pe flux limiter is used to stabilize the numerical oscillation near the solution discontinuity. Accurate Gakerkin method is used to discretize the viscous term. Explict fourth-order Runge-Kutta method is used for the time-stepping, which simplifies the application of MUSCL extension. A two-layer k-$\varepsilon$ turbulence model is used to simulate the turbulent wakes accurately. Axisymmetric folw and two-dimensional flow with an angle of attack have been computed. Grid-dependency is also checked by carrying out the computation with doubled meshes. 2-D calculation shows that effect of angle of attack on the flow field is negligible. Axi-symmetric results of the computation agrees well with the flow visualization. Primary oblique shock is represented within 2-3 meshes in numerical results, and the varicose mode of the vortex shedding is clearly captured in the turbulent wake region.

• Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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• 2017.04a
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• pp.59-59
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• 2017

무인 헬리콥터의 양력을 개선하기 위한 익형 설계 단계로서 두꺼운 익형(V1505A)과 얇고 처진 익형(V2008B)의 기본 두 익형의 특성을 예측하는데 있어 회전하는 블레이드의 현실적 조건을 반영한 3D 모델을 마련하고 성능을 예측하였다. Fluent를 이용한 400 mm 선형모델의 시뮬레이션에서는 V1505A 익형은 높은 받음각에서 안정적인 특성을 보인 반면 V2008B는 비교적 높은 동력효율 특성을 보였으나, 높은 받음각에서는 실속 이후 양력이 급락하는 특성을 나타낸다. 형성된 노드 수는 약 870,000개로 하였다. 시위길이 135 mm인 익형 V2008B의 형상은 ANSYS (Fluent v16.2)를 이용해 반경(길이) 1,502 (1,380) mm 의 로터 블레이드를 구성하였다. 충분하지 않은 유동장이 익형 표면에서의 유동의 영향에 영향을 주지 않도록 직경 20 m의 원방경계(far field)를 형성하였다. 사용된 매쉬의 형태는 정사면체 형태로 로터 표면으로부터의 첫 번째 두께 높이는 0.001 m이고 10개의 층으로 형성하였다. 정지 비행하는 헬리콥터의 상태를 가정하여 회전좌표계를 이용하여 정상상태의 유동을 해석하고 사용된 난류모델은 넓은 영역에서의 유동을 고려하여 Realizable $k-{\varepsilon}$ 모델을 사용하였다. 내측그립 받음각 $6{\sim}22^{\circ}$에 대하여 현실적인 회전속도를 연동하여 600~1000 rpm을 적용하였다. 반복수(iteration)는 2000으로 하여 잔차값(residual)이 충분히 수렴하도록 하였다. 전체적으로 실제 헬리콥터가 발휘하는 양력보다는 낮은 수치로 예측되었으며 모델 및 해석 조건에 대한 검토가 필요해 보인다. 양력 값은 받음각 $10^{\circ}$에서 자중(약 68 kgf)을 극복하였고 받음각 $12^{\circ}$에 유상하중 20 kgf을 발휘하며 888 N의 양력을 보였다, 이어 받음각 $22^{\circ}$에서 실속 현상이 발생하였다. 받음각이 증가함에 따라 항력 역시 증가하였으며 받음각 $12^{\circ}$에서 121 N이었고 실속에 이르며 항력은 갑자기 증가할 것으로 예측된다. 본 연구는 변이 익형 개발의 선행 단계로 기본 익형에 대한 공력특성을 CFD 시뮬레이션을 통하여 예측하였다. 예측 값은 현실적 실험방법을 통하여 검증이 되어야 하며 이후 변이익형에 대한 예측과 설계가 가능하다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.54-54
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• 2011

기존의 착저식 방파제를 보완하기 위하여 부유식 방파제가 개발되었고, 많은 연구가 선행되어 왔다. 부유식 방파제의 최대 장점은 경제성과 친환경성이다. 그러나 부유식 방파제는 소파성능이 떨어진다는 단점이 있으며, 이를 개선하기 위해 잠재와 혼용, 배열형에 관한 연구등이 선행되어왔다. 그러나 이것은 경제성이라는 강점을 고려하지 못하였다. 그래서 본 연구에서는 부유식 방파제의 중요한 장점중 하나인 경제성을 고려해, 단면현상 변화만을 이용하여 부유식 방파제의 소파성능 개선하고자 하였다. RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 방정식에 기초하여 VOF법과 $k-{\varepsilon}$ 난류모델을 결합한 수치모델인 CADMAS-SURF를 이용하였으며, 구조물 단면형상 변화를 이용해 와의 상호 간섭을 유도하였고, 이에 따른 투과율 변화를 관찰 하였다. 결과를 살펴보면 요철1 단면에서는 구조물 전면 하단부분과 구조물 후면 하단부분에서 와의 간섭이 일어났으며 가장 아래 요철 부분에서 유속의 전달현상이 보인다. 투과계수는 일반적인 부유식 방파제와 마찬가지로 L/B가 1~4사이 값인, 비교적 단주기에서는 0.3~0.4의 투과율을 보였으나 L/B가 5를 넘어가면서 0.45~0.55의 투과율을 보였고, 요철2 단면에서는 전면과 후면에서 발달한 와가 전, 후면 돌출부에 의해 바닥까지 전파되지 못하는 양상을 보였으며, 돌출부 사이 중앙부분에서 가장 활발한 와의 간섭을 관찰 할 수 있었다. 돌출부 아래에서 역시 강력한 와의 간섭을 보이고 있다. 투과율 역시 가장 낮은 값을 보였으며 비교적 단주기 구간인 B/L 1~4 에서는 0.2~0.35 사이의 값을 가졌으며 5~10사이구간에서는 0.35~0.34의 값을 보이고 있다. 이 같은 결과는 와의 간섭이 가장 활발하게 나타난 결과로 보인다. 그리고 요철 3단면에서는 전면 돌출부 끝단에서의 활발한 와의 간섭을 관찰 할 수 있었다. 투과율은 세 단면 중 가장 높은 값의 투과율을 보이지만 B/L 3~4 구간에서 요철1 경우보다 낮은 값의 투과율을 보이고 있다. 결과에서 보듯이 도출부의 적절한 조합과 배치를 통해 언급한 연구목표(와의 생성과 간섭, 방파효율 개선)를 달성하였고 추후에 돌출부의 크기와 배치, 흘수의 영향, 수심의 영향 등을 고려한 연구가 진행된다면 더욱 우수한 단면형상을 개발 할 것이라 예상된다.