• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2007년도 제28회 춘계학술대회논문집
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• pp.295-298
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• 2007

본 연구에서는 초음속 공동유동장에서 발생하는 압력변동을 저감하기 위한 피동제어방법의 유용성을 실험 및 수치해석적으로 조사하였다. 피동제어방법으로 사각 공동내 상류 벽면에 sub-cavity를 설치하였다. 공동내 하류벽면에 센서를 설치하여 압력변동 값을 실험적으로 측정하였으며, 측정된 압력변동값을 FFT변환하여 주파수 분석을 하였다. 수치계적으로는 공동내 압력변동 특성을 살펴보기 위해 3차원 비정상 Navier-Stokes 방정식에 유한체적법을 적용하여 유동장을 모사하였으며, 유동의 난류상태량들은 LES 방법을 사용하여 계산하였다. 본 연구에서 얻어진 결과는 다음과 같다. 공동유동에서 진동 특성은 공동 하류벽면에서 발생하는 압력진동에 의존한다. 특히 leading tip 두께와 sub-cavity 크기가 진동 저감효과에 주요 인자이다.

• Wind and Structures
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• 제30권4호
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• pp.339-366
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• 2020

This study aims at modeling boundary layers (BLs) encountered in sparse and built environments (i.e. open, suburban and urban) at the subsonic Wind Tunnel (WT) at Ryerson University (RU). This WT has an insignificant turbulence intensity and requires a flow-conditioning system consisting of turbulence generating elements (i.e., spires, roughness blocks, barriers) to achieve proper turbulent characteristics. This system was developed and validated in the current study in three phases. In phase I, several Computational Fluid Dynamic (CFD) simulations of the tunnel with generating elements were conducted to understand the effect of each element on the flow. This led to a preliminary design of the system, in which horizontal barriers (slats) are added to the spires to introduce turbulence at higher levels of the tunnel. This design was revisited in phase II, to specify slat dimensions leading to target BLs encountered by tall buildings. It was found that rougher BLs require deeper slats and, therefore, two-layer slats (one fixed and one movable) were implemented to provide the required range of slat depth to model most BLs. This system only involves slat movement to change the BL, which is very useful for automatic wind tunnel testing of tall buildings. The system was validated in phase III by conducting experimental wind tunnel testingof the system and comparing the resulting flow field with the target BL fields considering two length scales typically used for wind tunnel testing. A very good match was obtained for all wind field characteristics which confirms accuracy of the system.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.193-204
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• 2011

역동적인 파랑에 노출되는 경우 다양한 failure mode를 쉽게 드러내는 Oil boom의 성능을 개선하기 위해 가장 정교한 파랑모형인 spatially filtered Navier-Stokes 식을 LES (Large Eddy Simulation), 잔차응력에 대한 LDS (Lagrangian Dynamic Smagorinsky 모형), SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) 기법을 활용하여 해석하는 새로운 수치모형이 제언되었다. 이어 부유식 Oil Boom의 누유특성을 규명하기 위해 oil spill, progressive wave, oil boom의 상호작용을 oil boom이 계류삭에 고정되어있는 경우와 oil boom의 excursion이 허용된 경우에 대해 각각 수치모의 하였다. 모의결과 oil boom의 skirt 길이가 수심의 30% 이상이고 excursion이 허용된 경우 oil spill의 차폐 기능은 극대화되는 것으로 밝혀졌다. 이와 더불어 y = 1~2 m 사이에 오일막과 해수의 경계층에서 생성된 와류가 저면으로 확산되면서 시계방향과 반 시계방향의 와류가 엇갈리게 생성되는 coherent eddies가 관측되어 수리실험을 통해 그 존재가 알려진 Kelvin-Helmholz파의 성장과정과 계면으로부터의 일탈과정이 수치모의된 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.558-558
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• 2012

다수의 자연 하천은 유사 이동과 하안의 침식으로 인하여 사행 하천이 발생한다. 사행 하천에서의 이차류는 원심력, 편수위로 발생하는 중력에 의한 압력차, 그리고 난류로 인하여 발생하는 응력으로 인하여 형성되며 나선형 구조 형태로 표면 유속은 외부로 향하고 하천 바닥의 유속은 안으로 향하게 된다. 이러한 2차류의 형성은 주 흐름의 특성을 변형시킨다. 자연하천에서 2차류는 주 흐름의 15-25%의 크기를 가지고 있으나, 하상의 변화, 유사의 이동 등과 연관되므로 2차류의 영향을 정확히 해석하는 것은 수리학적으로 매우 중요하다. 본 연구에서는 사행수로에서 발생하는 2차류 거동을 수치모의를 통하여 수행하였다. 우선 2차류의 분석을 위하여 실험을 통한 결과물을 비교하였다. 자연 하천의 특성을 반영할 수 있도록 서일원(2006)이 수행한 S-자 형태의 실험 수로의 실험 결과를 분석하였다. 수치 모의를 위하여 3차원 전산유체역학 프로그램을 사용하여 사행수로의 2차원 유속 구조를 모의할 수 있도록 하였다. FLOW-3D 프로그램을 이용하여 실험 결과와 모의 결과를 비교할 수 있도록 하였으며 비교 후 보정을 실시하였다. 모의는 주로 LES (Large Eddy Simulation) 모형을 통해 이루어졌으며, 이를 통하여 실험에서 획득한 결과와 비슷한 유속구조 분포를 확인할 수 있었다. 보정 및 검증 후 수치 모의를 통한 유속 데이터를 이용하여 민감도 분석을 실행하였다. 이후로는 수로의 만곡부, 조도, 수심 등 인공수로의 조건을 변경하여 수치 모의를 수행하였다. 보정된 결과를 이용하여 추가적인 모의를 통한 유속 분포 구조의 비교가 이루어졌다. 이를 통하여 각 조건이 이차류의 크기에 미치는 영향을 확인할 수 있었으며, 모의를 통한 유속분포 결과는 대체적으로 실험을 통한 이차류의 연직분포 구조와 일치하였다.

• 한국음향학회지
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• 제41권6호
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• pp.713-722
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• 2022

본 연구에서는 대상 원심팬 시스템에서 발생하는 유동 현상과 공력 음향 성능을 수치적/실험적으로 분석하고 다양한 수치 기법을 비교하여 평가하고자 하였다. 먼저 원심팬의 성능을 실험적으로 분석하기 위해 반무향실에서 음향 파워를 측정하였으며, 실험 결과를 통해 대상 원심팬 시스템에서 방사되는 소음 성능에 대한 유효 주파수 범위를 파악하고 이에 대한 수치 모사를 실시하였다. 수치적으로 유동 및 음향 파워를 분석하기 위해 Navier-Stokes 방정식과 Ffowcs Williams&Hawkings 방정식을 각각 유동장과 음향장의 지배방정식으로 사용하였으며, 음향장의 구현을 위해 가상의 음향 방사면을 설계하여 사용하였다. 고차 3차원 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)와 연계된 Hybrid-CAA 기법을 사용하여 모사한 음향 파워 레벨과 소음 실험을 통해 측정한 음향 파워 레벨의 비교를 통해 사용된 수치 기법의 정확도 및 수치적 특성을 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.92-92
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• 2021

체외수정을 기반으로 이루어지는 성게의 수정 과정은 성게 주변에서 형성되는 복잡한 난류 흐름의 영향을 받게 된다. 성게 몸체의 하류부에 형성되는 재순환 영역 (recirculation zone) 내에는 다양한 난류 와류 흐름이 존재하며, 이들은 성게 몸체에서 방출된 정자와 난자의 충돌을 일으키고 수정 과정에 지대한 영향을 미친다. 즉, 성게의 수정 과정을 이해하기 위해서는 성게 주변의 흐름에 대한 유체역학적 관점에서의 분석이 수행되어야 한다. 본 연구의 목적은 성게 몸체에 의해 발생한 난류 흐름이 성게의 체외 수정에 미치는 영향에 대해 조사하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 상용 프로그램인 오픈폼 (OpenFaom)을 활용하여 수치 모의를 수행하였다. 성게 주변의 유동장은 LES (Large Eddy Simulation)을 기반으로 모의하였고, 정자와 난자의 확산 궤적은 라그랑지안 입자 추적 (Lagrangian Particle Tracking) 알고리즘을 통해 구현하였다. 총 5개의 유속 조건 (0.025 - 0.20 m/s) 에 대해 모의를 수행하였으며 정자와 난자 사이의 거리를 바탕으로 수정률을 산정하였다. 정자와 난자의 뭉쳐있거나 퍼져있는 공간적인 분포 형태는 Standardized Morisita 지수를 통해 수치적으로 표현하였으며 이들과 수정률과의 관계를 규명하였다. 연구 결과에 따르면 성게 수정은 유속 조건이 0.1 m/s일 때 가장 빈번하게 발생하였으며, 성게 수정의 성공 여부는 크게 2가지 조건에 의해 결정되었다. 첫 번째로, Standardized Morisita 지수가 높을수록 다시 말해 생식세포들이 공간적으로 뭉쳐있어야 하며 두 번째는, 생식세포들을 충돌시킬 수 있는 원동력인 작은 와류가 존재해야 한다. 와류의 크기가 너무 크게 되면 생식세포들은 충돌하지 않고 확산만 되기 때문에 오히려 수정률이 감소하였다. 영역별로 분석한 결과에 따르면, 성게 몸체에 의해 형성된 재순환 영역이 수정과정에 있어 가장 지배적인 영역임을 확인하였다.

• 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.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.55-68
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• 2020

너울이 우세한 온화한 해양환경에서 출현하는 beach cusp에서의 경계층 streaming 수리특성을 살펴보기 위해 edge waves의 천수 과정을 수치 모의하였다. Beach cusp을 유지하는 것으로 알려진 synchronous edge waves는 같은 주기와 파고를 지니는 두 개의 Cnoidal wave가 전면해역에서 비스듬히 조우 되도록 조파하여 재현하였다. Beach cusp의 진폭 A_B과 파장 L_B은 맹방 해변에서 수행된 관측결과를 토대로 각각 1.25 m, 18 m로 선정하였다. 모의결과 천수 각 단계에서 예외 없이 경계층 streaming을 관측할 수 있었으며 최대 경계층 streaming은 사주 정점에서 발생하였다. 주기가 가장 짧은 RUN 1의 경우 그 세기는 약 0.32 m/s 내외에 분포하며 이러한 수치는 free stream 유속 u_∞ 진폭의 두 배에 달하는 것으로 wave Reynolds 응력에 기반한 Longuet-Higgins(1957)의 해석 해와는 상당한 차이를 보였다. 수치 모의과정에서 온화한 해양환경에서 해빈이 복원되는 과정을 특정할 수 있었으며 이 과정을 정리하면 다음과 같다: 너울로 구성된 파랑 무리에서 성분 파랑 간의 공진성 상호작용으로 생성된 외 중력파가 쇄파선 인근에 도달하는 경우 중력으로 인한 가속이 더해진 Phase II 파랑 궤도 운동으로 수면 가까이 상승한 많은 모래가 쇄파 시 발생하는 파 마루로부터 시작된 up-rush에 의해 전 빈 정점 가까이 이동하며 이 과정에서 발생하는 침투로 인해 퇴적되는 것으로 모의 되었다.

• Wind and Structures
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• 제34권1호
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• pp.127-136
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• 2022

In this work a multi-fidelity non-intrusive polynomial chaos (MF-NIPC) has been applied to a structural wind engineering problem in architectural design for the first time. In architectural design it is important to design structures that are safe in a range of wind directions and speeds. For this reason, the computational models used to design buildings and bridges must account for the uncertainties associated with the interaction between the structure and wind. In order to use the numerical simulations for the design, the numerical models must be validated by experi-mental data, and uncertainties contained in the experiments should also be taken into account. Uncertainty Quantifi-cation has been increasingly used for CFD simulations to consider such uncertainties. Typically, CFD simulations are computationally expensive, motivating the increased interest in multi-fidelity methods due to their ability to lev-erage limited data sets of high-fidelity data with evaluations of more computationally inexpensive models. Previous-ly, the multi-fidelity framework has been applied to CFD simulations for the purposes of optimization, rather than for the statistical assessment of candidate design. In this paper MF-NIPC method is applied to flow around a rectan-gular 5:1 cylinder, which has been thoroughly investigated for architectural design. The purpose of UQ is validation of numerical simulation results with experimental data, therefore the radius of curvature of the rectangular cylinder corners and the angle of attack are considered to be random variables, which are known to contain uncertainties when wind tunnel tests are carried out. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are solved by a solver that employs the Finite Element Method (FEM) for two turbulence modeling approaches of the incompressible Navier-Stokes equations: Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes (URANS) and the Large Eddy simulation (LES). The results of the uncertainty analysis with CFD are compared to experimental data in terms of time-averaged pressure coefficients and bulk parameters. In addition, the accuracy and efficiency of the multi-fidelity framework is demonstrated through a comparison with the results of the high-fidelity model.