• Ocean Systems Engineering
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• 제3권3호
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• pp.219-236
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• 2013

The accurate prediction of motion in waves of a marine vehicle is essential to assess the maximum sea state vs. operational requirements. This is particularly true for small crafts, such as Autonomous Surface Vessels (ASV). Two different numerical methods to predict motions of a SWATH-ASV are considered: an inviscid strip theory initially developed at MIT for catamarans and then adapted for SWATHs and new a hybrid strip theory, based on the numerical solution of the radiation forces by an unsteady viscous, non-linear free surface flow solver. Motion predictions obtained by the viscous flow method are critically discussed against those obtained by potential flow strip theory. Effects of viscosity are analyzed by comparison of sectional added mass and damping calculated at different frequencies and for different sections, RAOs and motions response in irregular waves at zero speed. Some relevant conclusions can be drawn from this study: influence of viscosity is definitely non negligible for SWATH vessels like the one presented: amplitude of the pitch and heave motions predicted at the resonance frequency differ of 20% respectively and 50%; in this respect, the hybrid method with fully non-linear, viscous free surface calculation of the radiation forces turns out to be a very valuable tool to improve the accuracy of traditional strip theories, without the burden of long computational times requested by fully viscous time domain three dimensional simulations.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 1999년도 추계 학술대회논문집
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• pp.127-138
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• 1999

본 연구에서는 2 차원 캐비티 유동에서 경계조건 부여 방법의 차이에 따른 유체유동의 이력이 최종적인 정상상태에 미치는 효과를 수치실험을 통하여 관찰하였다. 그 결과 유동의 Reynolds 수가 작은 경우는 유동장이 가지는 이력이 시간의 경과와 함께 소멸하여 하나의 정상유동 상태를 가지는데 반하여, 큰 Reynolds 수에서는 유동장 이력이 소멸하지 않고 유지됨으로 인하여 다수의 정상유동 형태가 나타남이 확인이 되었다. 엄밀한 이론적 해석은 현재 이루워지지 않았으나 유체 운동량의 증가에 따라 Navier-Stokes 방정식의 비선형성이 영향을 미치고 있다고 여겨진다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권7호
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• pp.683-693
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• 2013

본 연구에서는 혼성 격자볼츠만 방법(HLBM)을 이용하여 상판이 일정한 속도로 움직이는 공동 형상 내부에서의 혼합 특성에 대하여 수치적으로 연구하였다. 먼저, 공동 형상에서 기존의 신뢰성 있는 유동장 결과와의 비교를 통해 LB-SRT 모델과 LB-MRT 모델의 신뢰성을 검토하였다. 두 모델 모두 기존의 연구결과와 유사한 결과를 보였으나, LB-MRT 모델이 LB-SRT 모델보다 높은 Re수에서는 수치적 안정성이 높은 것을 확인하였다. 수치적 안정성이 좋은 LB-MRT 모델을 토대로 유한차분법을 적용한 HLBM을 이용하여 공동 형상 내부에서의 농도장을 수치 해석하였다. Re수와 Pe수를 변화하여 공동 형상 내부의 혼합 특성과 물질 전달 형태에 대하여 파악하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권10호
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• pp.779-787
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• 2013

항공기 추진 시스템의 IR 피탐지성 감소 연구를 위해 항공기 노즐형상 변화에 따른 IR 신호의 영향성을 연구하였다. 이를 위해 가상의 아음속 무인기를 선정하고, 임무분석 및 성능 해석을 통해 엔진을 결정한 후 전체 임무를 만족시키는 원형 노즐을 설계하였다. 또한 다수의 설계변수를 적용하여 다양한 형상의 노즐을 설계하였다. 압축성 CFD 코드를 이용하여 열유동장 및 노즐표면 온도를 분석하였다. 또한 열유동장 해석 결과를 바탕으로 narrow-band 모델과 RadThermIR을 기반으로 하여 항공기 플룸 및 노즐표면 IR 신호를 계산하였다. 계산된 플룸 및 고체 IR신호를 분석, 비교하여 항공기 IR 신호 특성에 관한 정성적 정보를 도출하였다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 1998년도 춘계 학술대회논문집
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• pp.15-28
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• 1998

As an alternative for solving the incompressible Navier-Stokes equations, we present a vorticity-based integro-differential formulation for vorticity, velocity and pressure variables. One of the most difficult problems encountered in the vorticity-based methods is the introduction of the proper value-value of vorticity or vorticity flux at the solid surface. A practical computational technique toward solving this problem is presented in connection with the coupling between the vorticity and the pressure boundary conditions. Numerical schemes based on an iterative procedure are employed to solve the governing equations with the boundary conditions for the three variables. A finite volume method is implemented to integrate the vorticity transport equation with the dynamic vorticity boundary condition . The velocity field is obtained by using the Biot-Savart integral derived from the mathematical vector identity. Green's scalar identity is used to solve the total pressure in an integral approach similar to the surface panel methods which have been well-established for potential flow analysis. The calculated results with the present mettled for two test problems are compared with data from the literature in order for its validation. The first test problem is one for the two-dimensional square cavity flow driven by shear on the top lid. Two cases are considered here: (i) one driven both by the specified non-uniform shear on the top lid and by the specified body forces acting through the cavity region, for which we find the exact solution, and (ii) one of the classical type (i.e., driven only by uniform shear). Secondly, the present mettled is applied to deal with the early development of the flow around an impulsively started circular cylinder.

• 대한기계학회논문집B
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• 제26권12호
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• pp.1738-1746
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• 2002

In the FSI (Fluid-Structure Interaction) problems, two different governing equations are to be solved together. One is fur the fluid and the other for the structure. Furthermore, a kinematic constraint should be imposed along the boundary between the fluid and the structure. We use the combined formulation, which incorporates both the fluid and structure equations of motion into a single coupled variational equation so that it is not necessary to calculate the fluid force on the surface of structure explicitly when solving the equations of motion of the structure. A two-dimensional channel flow divided by a Bernoulli-Euler beam is considered and the dynamic response of the beam under the influence of channel flow is studied. The Navier-Stokes equations are solved using a P2P1 Galerkin finite element method with ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian) algorithm. The internal structural damping effect is not considered in this study and numerical results are compared with a previous work fer steady case. In addition to the Reynolds number, two non-dimensional parameters, which govern this fluid-structure system, are proposed. It is found that the larger the dynamic viscosity and density of the fluid are, the larger the damping of the beam is. Also, the added mass is found to be linearly proportional to the density of the fluid.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제13권5호
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• pp.43-53
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• 2010

This study investigates a design optimization of a rotating two-pass rectangular cooling channel with staggered arrays of pin-fins. The radial basis neural network method is used as an optimization technique with Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis of fluid flow and heat transfer with shear stress transport turbulent model. The ratio of the diameter to height of the pin-fins and the ratio of the streamwise spacing between the pin-fins to height of the pin-fin are selected as design variables. The optimization problem has been defined as a minimization of the objective function, which is defined as a linear combination of heat transfer related term and friction loss related term with a weighting factor. Results are presented for streamlines, velocity vector fields, and contours of Nusselt numbers, friction coefficients, and turbulent kinetic energy. These results show how fluid flow in a two-pass square cooling channel evolves a converted secondary flows due to Coriolis force, staggered arrays of pin-fins, and a $180^{\circ}$ turn region. These results describe how the fluid flow affects surface heat transfer. The Coriolis force induces heat transfer discrepancy between leading and trailing surfaces, having higher Nusselt number on the leading surface in the second pass while having lower Nusselt number on the trailing surface. Dean vortices generated in $180^{\circ}$ turn region augment heat transfer in the turning region and in the upstream region of the second pass. As the result of optimization, in comparison with the reference geometry, thermal performance of the optimum geometry shows the improvement by 30.5%. Through the optimization, the diameter of pin-fin increased by 14.9% and the streamwise distance between pin-fins increased by 32.1%. And, the value of objective function decreased by 18.1%.

• 한국해안해양공학회지
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• 제19권5호
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• pp.476-483
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• 2007

이어도에 건설된 다목적 해양과학기지에서는 주위 대류 및 해류의 데이터 수집을 통해 기상, 어장예보 등의 기초 자료를 제공하는 것을 한 가지 목적으로 한다. 그런데 이어도 기지 구조물에 의한 해수 유동의 변화는 과학기지의 관측 데이터에 영향을 주어 정확한 자료 수집을 어렵게 하므로, 이어도 기지 구조물이 주위 유동에 미치는 영향을 분석하고 유동 정보 관측을 평가/보정하는 방법에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 이를 위한 기초연구로, 해류와 구조물 사이의 상호 작용을 모사 할 수 있는 알고리즘을 연구, 적용방법을 논의한다. 그 결과, 3차원 전산유체역학을 이용한 수치해석을 통해 이어도 기지 구조물 및 수중암초가 주위 유동에 미치는 영향을 연구하고 정확한 데이터 측정방법을 제안한다.

• 대한조선학회논문집
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• 제48권3호
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• pp.222-232
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• 2011

This article examines the scale effect of the flow characteristics, resistance and propulsion performance on a 317k VLCC. The turbulent flows around a ship in both towing and self-propulsion conditions are analyzed by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation together with the application of Reynolds stress turbulence model. The computations are carried out in both model- and full-scale. A double-body model is applied for the treatment of free surface. An asymmetric body-force propeller is used. The speed performances including resistance and propulsion factors are obtained from two kinds of methods. One is to analyze the computational results in model scale through the revised ITTC' 78 method. The other is directly to analyze the computational results in full scale. Based on the computational predictions, scale effects of the resistance and the self-propulsion factors including form factor, thrust deduction fraction, effective wake fraction and various efficiencies are investigated. Scale effects of the streamline pattern, hull pressure and local flow characteristics including x-constant sections, propeller and center plane, and transom region are also investigated. This study presents a useful tool to hull-form and propeller designers, and towing-tank experimenters to take the scale effect into consideration.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권3호
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• pp.189-198
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• 2005

본 연구에서는 조력발전소 배수갑문의 형상과 배치에 따른 방류능력을 해석하는데 3차원 수치모의가 효과적으로 이용될 수 있음을 보였다. 3차원 수치모형은 RANS를 지배방정식으로 하는 FLOW-3D 모형을 이용하였다. 본 연구결과 배수갑문의 방류능력은 물받이길이와 도류벽의 접근각도에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 그리고 이의 개선 여부에 따라 $10\%$ 이상의 방류량 차이가 발생하였다. 또한 방류량은 배수문과 수차구조물을 연결하는 구조물의 형상과 물받이 끝 사면경사의 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 배수갑문의 설계시 방류능력 개선을 위해서는 수리학적 검토가 필요하며, 수치모형실험이 수리모형실험과 더불어 유용한 해석도구로 이용될 수 있음을 보였다.