• 대한기계학회논문집B
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• 제27권6호
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• pp.753-765
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• 2003

A finite element code for the numerical solution of the Navier-Stokes equation is parallelized by vertex-oriented domain decomposition. To accelerate the convergence of iterative solvers like conjugate gradient method, parallel block ILU, iterative block ILU, and distributed ILU methods are tested as parallel preconditioners. The effectiveness of the algorithms has been investigated when P1P1 finite element discretization is used for the parallel solution of the Navier-Stokes equation. Two-dimensional and three-dimensional Laplace equations are calculated to estimate the speedup of the preconditioners. Calculation domain is partitioned by one- and multi-dimensional partitioning methods in structured grid and by METIS library in unstructured grid. For the domain-decomposed parallel computation of the Navier-Stokes equation, we have solved three-dimensional lid-driven cavity and natural convection problems in a cube as benchmark problems using a parallelized fractional 4-step finite element method. The speedup for each parallel preconditioning method is to be compared using upto 64 processors.

• 대한기계학회논문집B
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• 제22권9호
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• pp.1325-1334
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• 1998

The objectives of the present study are to develop a systematic method rather than a conventional trial-and-error method for an optimal shape design using a mathematical theory, and to apply it to engineering problems. In the present study, an optimal condition for a minimum pressure loss in a two-dimensional curved duct flow is derived and then an optimal shape of the curved duct is designed from the optimal condition. In the design procedure, one needs to solve the adjoint Navier-Stokes equations which are derived from the Navier-Stokes equations and the cost function. Therefore, a computer code of solving both the Navier-Stokes and adjoint Navier-Stokes equations together with an automatic grid generation is developed. In a curved duct flow, flow separation occurs due to an adverse pressure gradient, resulting in an additional pressure loss. Optimal shapes of a curved duct are obtained at three different Reynolds numbers of 100, 300 and 800, respectively. In the optimally shaped curved ducts, the separation region does not exist or is significantly reduced, and thus the pressure loss along the curved duct is significantly reduced.

• 대한기계학회논문집B
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• 제25권11호
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• pp.1581-1593
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• 2001

An efficient variable-reordering method for finite element meshes is used and the effect of variable-reordering is investigated. For the element renumbering of unstructured meshes, Cuthill-McKee ordering is adopted. The newsy reordered global matrix has a much narrower bandwidth than the original one, making the ILU preconditioner perform bolter. The effect of variable reordering on the convergence behaviour of saddle point type matrix it studied, which results from P2/P1 element discretization of the Navier-Stokes equations. We also propose and test 'level(0) preconditioner'and 'level(2) ILU preconditioner', which are another versions of the existing 'level(1) ILU preconditioner', for the global matrix generated by P2/P1 finite element method of incompressible Navier-Stokes equations. We show that 'level(2) ILU preconditioner'performs much better than the others only with a little extra computations.

• 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.

• 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.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.59-59
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• 2011

파랑의 전파와 변형에 대한 연구에는 수심방향으로 적분한 2차원방정식인 완경사방정식과 Boussinesq 방정식을 기반으로 한 수치모형을 이용한 연구가 최근까지 가장 활발하게 진행되어 오고 있다. 그러나 실제 구조물의 설계에는 2차원 수치모형에서 고려할 수 없는 수심방향 유속에 기인한 정확도의 문제로 인해 구조물의 형상과 재원을 설계하기 위한 정교한 수치모형실험이 어려워 주로 수리모형실험에 의존해 왔다. 수리모형실험은 실제 현상을 가장 잘 재현해낼 수 있어 신뢰성이 매우 높지만 다양한 실험을 수행하기가 어렵고 많은 시간과 비용이 소요되는 단점이 있다. 이에 따라 최근 수심방향으로 완전한 운동방정식인 Navier-Stokes 방정식을 푸는 3차원 수치모형에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이론적으로 매우 우수한 모형이긴 하나 정확도 높은 결과를 얻기 위해서는 매우 조밀한 격자를 필요로 하기 때문에 아직까지 막대한 계산시간이 필요하다는 단점이 있으나 컴퓨터 기술이 급격한 속도로 발전하고 있어 Navier-Stokes 방정식 모형의 적용 가능성은 계속 높아지고 있다. 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, 자유수면변위를 변수로 사용하는 모형의 경우 그 연구가 매우 활발하게 진행되어 왔다. 한편, Navier-Stokes 방정식 모형의 경우 자유수면변위를 변수로 사용하는 2차원 모형에 비해 상대적으로 연구가 미흡하였다. 본 연구에서는 기존의 연직 2차원 Navier-Stokes 방정식 모형에 사용된 연속방정식에 질량 원천항을 추가하는 내부조파기법을 도입하여 3차원 수치모형에서 고립파를 내부조파하고, 급경사에서의 고립파의 처오름 및 처내림 현상을 수리모형 실험결과와 비교 및 분석하였다. 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 엇갈림 격자체계에서 계산하는 동수압 모형으로서, Two-step projection 기법을 사용하는 유한차분모형을 사용하였다. 본 수치모형은 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(spatially averaged Navier-Stokes) 방정식을 계산하는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형으로, 난류 모델링을 위해 Smagorinsky LES 모형을 사용한다. 또한, 압력장의 계산을 위해 Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식의 해를 구하였으며, 자유수면 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 수치모형실험이 전체적으로 수리모형실험에서 관측한 파랑의 처오름 및 처내림 현상을 잘 재현하고 있는 것으로 나타났으며, 정량적인 비교를 통해 수치모형의 성능을 검증하였다.

• 대한수학회보
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• 제61권3호
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• pp.637-669
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• 2024

The goal of this paper is to study decay properties of weak solutions to Cauchy problem of the non-stationary fractional Navier-Stokes equations. By using the Fourier splitting method, we give the time L²-decay rate of weak solutions, which reveals that L²-decay is generally determined by its linear generalized Stokes flow. In second part, we establish various decay results and the uniqueness of the two dimensional fractional Navier-Stokes flows. In the end of this article, as an appendix, the existence of global weak solutions is given by making use of Galerkin' method, weak and strong compact convergence theorems.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제21회 추계학술대회 논문집
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• pp.185-190
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• 2003

• Tribology and Lubricants
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• 제29권5호
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• pp.275-285
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• 2013

The Reynolds equation is commonly used to investigate the lubrication characteristics of a spool valve. However, the applicability of the Reynolds equation is questionable for analyzing a spool valve because cavitation often occurs in the grooves of the valve and the depth of a groove is much higher than the clearance in most cases. In this study, the validity of the Reynolds equation in the spool valve analysis is investigated by comparing the results obtained from the Reynolds equation and those obtained from the Navier-Stokes equation. The results are compared in terms of the lateral forces, friction forces, and volume flow rates (leakages). A significant difference of more than 20% is found in the lateral forces in cases where cavitation occurs and there are many grooves. Therefore, the Navier-Stokes equation should be used to investigate the lubrication characteristics of a spool valve when cavitation occurs and when the spool valve contains many grooves.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권10호
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• pp.1457-1463
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• 2003

In this paper, the response surface method using three-dimensional Navier-Stokes analysis to optimize the shape of a multi-blade centrifugal fan, is described. For numerical analysis, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with standard k - c turbulence model are transformed into non-orthogonal curvilinear coordinate system, and are discretized with finite volume approximations. Due to the large number of blades in this centrifugal fan, the flow inside of the fan is regarded as steady flow by introducing the impeller force models for economic calculations. Linear Upwind Differencing Scheme(LUDS) is used to approximate the convection terms in the governing equations. SIMPLEC algorithm is used as a velocity-pressure correction procedure. Design variables, location of cur off, radius of cut off, expansion angle of scroll and width of impeller were selected to optimize the shapes of scroll and blades. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, the efficiency was successfully improved. It was found that the optimization process provides reliable design of this kind of fans with reasonable computing time.