• Wind and Structures
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• 제35권1호
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• pp.55-66
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• 2022

Tall buildings are often subjected to steady and unsteady forces due to external wind flows. Measurement and mitigation of these forces becomes critical to structural design in engineering applications. Over the last few decades, many approaches such as modification of the external geometry of structures have been investigated to mitigate wind-induced load. One such proven geometric modification involved the rounding of sharp corners. In this work, we systematically analyze the impact of rounded corner radii on the reducing the flow-induced loading on a square cylinder. We perform 3-Dimensional (3D) simulations for high Reynolds number flows (Re=1 × 105) which are more likely to be encountered in practical applications. An Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES) method capable of capturing flow accurately at large Reynolds numbers is employed in this study. The IDDES formulation uses a k-ω Shear Stress Transport (SST) model for near-wall modelling that prevents mesh-induced separation of the boundary layer. The effects of these corner modifications are analyzed in terms of the resulting variations in the mean and fluctuating components of the aerodynamic forces compared to a square cylinder with no geometric changes. Plots of the angular distribution of the mean and fluctuating coefficient of pressure along the square cylinder's surface illustrate the effects of corner modifications on the different parts of the cylinder. The windward corner's separation angle was observed to decrease with an increase in radius, resulting in a narrower and longer recirculation region. Furthermore, with an increase in radius, a reduction in the fluctuating lift, mean drag, and fluctuating drag coefficients has been observed.

• Wind and Structures
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• 제35권6호
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• pp.419-430
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• 2022

In wind-resistant designs, wind velocity is assumed to be a Gaussian process; however, local complex topography may result in strong non-Gaussian wind features. This study investigates the non-Gaussian wind features over complex terrain under atmospheric turbulent boundary layers by the large eddy simulation (LES) model, and the turbulent inlet of LES is generated by the consistent discretizing random flow generation (CDRFG) method. The performance of LES is validated by two different complex terrains in Changsha and Mianyang, China, and the results are compared with wind tunnel tests and onsite measurements, respectively. Furthermore, the non-Gaussian parameters, such as skewness, kurtosis, probability curves, and gust factors, are analyzed in-depth. The results show that the LES method is in good agreement with both mean and turbulent wind fields from wind tunnel tests and onsite measurements. Wind fields in complex terrain mostly exhibit a left-skewed Gaussian process, and it changes from a softening Gaussian process to a hardening Gaussian process as the height increases. A reduction in the gust factors of about 2.0%-15.0% can be found by taking into account the non-Gaussian features, except for a 4.4% increase near the ground in steep terrain. This study can provide a reference for the assessment of extreme wind loads on structures in complex terrain.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권8호
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• pp.3017-3029
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• 2023

In the late in-vessel phase of a nuclear reactor severe accident, the internal heat transfer and crust evolution during the debris bed melting process have important effects on the thermal load distribution along the vessel wall, and further affect the reactor pressure vessel (RPV) failure mode and the state of melt during leakage. This study coupled the phase change model and large eddy simulation to investigate the variations of the temperature, melt liquid fraction, crust and heat flux distributions during the debris bed melting process in the hypothetical severe accident of HPR1000. The results indicated that the heat flow towards the vessel wall and upper surface were similar at the beginning stage of debris melting, but the upward heat flow increased significantly as the development of the molten pool. The maximum heat flux towards the vessel wall reached 0.4 MW/m². The thickness of lower crust decreased as the debris melting. It was much thicker at the bottom region with the azimuthal angle below 20° and decreased rapidly at the azimuthal angle around 20-50°. The maximum and minimum thicknesses were 2 and 90 mm, respectively. By contrast, the distribution of upper crust was uniform and reached stable state much earlier than the lower crust, with the thickness of about 10 mm. Moreover, the sensitivity analysis of initial condition indicated that as the decrease of time interval from reactor scram to debris bed dried-out, the maximum debris temperature and melt fraction became larger, the lower crust thickness became thinner, but the upper crust had no significant change. The sensitivity analysis of in-vessel retention (IVR) strategies indicated that the passive and active external reactor vessel cooling (ERVC) had little effect on the internal heat transfer and crust evolution. In the case not considering the internal reactor vessel cooling (IRVC), the upper crust was not obvious.

• 국제초고층학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.241-263
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• 2022

The conventional wind and twisted-wind effect on aerodynamic properties of neighboring buildings arranged in side-by-side and tandem systems at 2B and 5B spacings are systematically investigated by large eddy simulation. Different physical interactions between different wind profiles and neighboring buildings will be deeply understood. The neighboring-building system under two different types of wind profiles, i.e., conventional wind profile (CWP), twisted wind profiles (TWP) with the maximum twisted angle of 30°, is used to evaluate the variation of physical mechanism between wind and buildings. Aerodynamic characteristics including mean and RMS pressure coefficient, and velocity field were systematically analyzed and compared between different scenario. It was found that the distribution of mean pressure, root-mean-square x velocity and the streamline of wind flow for TWP greatly deviated from CWP, and the effect of TWP on the downstream building, was drastically different from that of CWP, such as the size of vortexes after the lower stream building being bigger when exposed to TWP, and the mean pressure distribution on the building surfaces are also different. Moreover, evidence of buildings arranged in side-by-side and tandem configurations having interchangeable properties under TWP was also discovered, that two buildings being arranged side-by-side exposed to TWP could be identified as being arranged in tandem with a different wind twist angle, or vice versa.

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권5B호
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• pp.591-594
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• 2008

본 연구에서는 사각격자체계를 이용하는 수치해석기법을 대상으로 격자내에 생성되는 경사면의 합리적인 처리 및 경계조건을 검토하기 위하여 사각격자내에 존재하는 불투과성 및 투과성구조물의 경사면에 대한 새로운 처리기법과 경계조건을 제안한 후, 파 구조물 해저지반/해빈의 상호간섭을 직접 해석할 수 있는 3D-수치모델(LES-WASS-3D; 허와 이, 2007)을 이용하여 수치계산을 실시하였다. 이로부터 얻어진 계산결과와 종래의 계단식 격자구성을 이용한 수치해석결과를 비교 검토하여 제안한 사각격자내의 경사면 처리기법에 대한 타당성을 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권4호
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• pp.343-351
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• 2016

초임계 환경에서 작동하는 와류형 분사기의 극저온 질소 분무특성을 3차원 LES 수치기법을 적용하여 연구하였다. 초임계 상태에서 질소의 상태량을 예측하기 위해 초임계 상태에서 적용되는 상태방정식들을 비교하여 가장 정확한 SRK 상태방정식을 적용하였다. 또한 점성계수와 열 전도도는 Chung이 제안한 고압상태 혼합물에 대한 방정식을 적용하였으며 확산계수는 Fuller의 이론에 Takahashi가 제안한 방정식을 적용하였다. 질소로 채워진 50bar의 챔버에 5bar의 차압으로 질소를 분무하여 수치해석을 수행하였다. FFT를 이용한 주파수 분석을 통해 대수적 Smagorinsky와 동적 Smagorinsky를 실험결과와 비교하여 동적모델이 더 적합함을 판단하였다. 분사기 내부의 액막, 가스층에서 나타나는 불안정성과 분사기 외부에서 나타나는 불안정성의 원인에 대해 분석하고, 불안정성이 분사기 내부로 전파되는 현상에 대해 조사하였다. 또한 분무각에 대하여 실험 결과와 비교 검증하였다.

• 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.

• 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.