• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.547-553
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• 2016

This paper presents the effect of a grid system on the performance of a small Savonius wind turbine installed side-by-side. Turbine performance is compared using three different grid systems; tetrahedral grid having a concentrated circular grid around turbine rotors, the tetrahedral grid having a concentrated rectangular grid around turbine rotors and the symmetric grid having a concentrated tetrahedral grid near the turbine rotor blades and a hexahedral grid. The commercial code, SC/Tetra has been used to solve the three-dimensional unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis in the present study. The Savonius turbine rotor has a rotational diameter of 0.226m and an aspect ratio of 1.0. The distance between neighboring rotor tips keeps the same length of the rotor diameter. The variations of pressure and power coefficient are compared with respect to blade rotational angles and rotating frequencies of the turbine blade. Throughout the comparisons of three grid systems, it is noted that the symmetric grid having a concentrated tetrahedral grid near the turbine rotor blades and a hexahedral grid has a stable performance compared to the other ones.

• 대한조선학회논문집
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• 제55권6호
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• pp.474-481
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• 2018

This paper is to compare by numerical analysis the flow characteristics and propulsion performance of stern with the shape change of K-duct, a pre-swirl duct developed by Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering (KRISO). First, the characteristics of the propeller and the resistance and self-propulsion before and after the attachment of the K-duct to the ship were verified and the validity of the calculation method was confirmed by comparing this result with the model test results. After that, resistance and self-propulsion calculations were performed by the same numerical method when the K-duct was changed into five different shapes. The efficiency of the other five cases was compared using the delivery horsepower in the model scale and the flow characteristics of the stern were analyzed as the velocity and pressure distributions in the area between the duct end and the propeller plane. For the computation, STAR-CCM +, a general-purpose flow analysis program, was used and the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations were applied. Rigid Body Motion (RBM) method was used for the propeller rotating motion and SST $k-{\omega}$ turbulence model was applied for the turbulence model. As a result, the tangential velocity of the propeller inflow changed according to the position angle change of the stator, and the pressure of the propeller hub and the cap changes. This regulated the propeller hub vortex. It was confirmed that the vortex of the portion where the fixed blade and the duct meet was reduced by blunt change.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제12권1호
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• pp.892-901
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• 2020

We used a numerical method to estimate the hydrodynamic maneuvering derivatives for the heave-pitch coupling motion of an underwater glider. It is very important to assess the hydrodynamic maneuvering characteristics of a specific hull form of an underwater glider in the initial design stages. Although model tests are the best way to obtain the derivatives, numerical methods such as the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) method are used to save time and cost. The RANS method is widely used to estimate the maneuvering performance of surface-piercing marine vehicles, such as tankers and container ships. However, it is rarely applied to evaluate the maneuvering performance of underwater vehicles such as gliders. This paper presents numerical studies for typical experiments such as static drift and Planar Motion Mechanism (PMM) to estimate the hydrodynamic maneuvering derivatives for a Ray-type Underwater Glider (RUG). A validation study was first performed on a manta-type Unmanned Undersea Vehicle (UUV), and the Computational Fluid Dynamics (CFD) results were compared with a model test that was conducted at the Circular Water Channel (CWC) in Korea Maritime and Ocean University. Two different RANS solvers were used (Star-CCM+ and OpenFOAM), and the results were compared. The RUG's derivatives with both static drift and dynamic PMM (pure heave and pure pitch) are presented.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권6호
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• pp.114-122
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• 2022

본 논문에서는 CFD 기법을 활용하여 전기체 형상의 투척식 무인기 형상에 대해 고속 회전하는 프로펠러와 그로 인해 생성된 후류 간섭 효과를 고려한 비정상 유동해석을 수행하였다. 또한 다양한 투척식 이륙 조건에서 롤 모멘트 평형에 요구되는 에일러론 타각을 정확하게 예측하기 위해 실제 조종면 회전을 고려한 유동해석이 수행되었다. 투척식 소형 무인기의 경우 초기 이륙상태에서 롤 안정성을 증대시키기 위해 적절한 초기 에일러론 설정을 활용하는 것이 유용한 방식이며, 구축된 공력 데이터베이스를 사용하여 다양한 이륙속도와 받음각 조건들에 대해 롤 모멘트를 상쇄시킬 수 있는 에일러론 타각 조건들이 빠르게 예측 가능함을 보였다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2023년도 춘계학술대회
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• pp.151-151
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• 2023

무인잠수정의 정밀한 제어 시스템 개발에는 높은 정도의 조종 유체력 미계수 추정이 필수적이다. 전통적으로 조종 미계수는 모형을 이용한 실험(사항, Planar Motion Mechanism, Rotating Arm)과 단순한 이론과 경험을 기반으로 개발된 경험식으로 추정하였다. 그러나 최근 크게 향상된 계산기 성능의 발전은 전산유체역학의 적용성을 크게 확대하였다. 따라서 본 논문에서는 만타형 무인잠수정의 조종 유체력 미계수 추정을 위한 전산유체역학 해석기법을 개발하고자 한다. 특히, 수직 동적 PMM 시험법에 관한 해석기법을 중점적으로 개발한다. 개발된 기법을 이용하여 만타형 무인 잠수정의 6자유도 유체력을 추정하고 그 결과를 실험과 비교하여 개발된 기법을 검증한다. 본 연구에서는 1/6 모형을 이용한다. 수치해석기법 개발은 RASN 기반 상용 해석소프트웨어인 STAR-CCM+를 사용하였다.

• 한국가스학회지
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• 제24권2호
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• pp.1-8
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• 2020

원심펌프는 통상적으로 임펠러를 고속으로 회전시켜 원심력을 통해 유체 에너지를 전달하는 설비로서 기화용 해수펌프, 공업용수 및 해수를 사용하는 소화펌프 등 많은 LNG 생산기지에서 사용하고 있는 주요 프로세스 설비이다. 현재 LNG 플랜트 현장에서의 펌프는 장기간 수요처가 원하는 공급량에 따라 운전조건이 변동되어 펌프의 성능이 저하되고 있다. 특히 펌프는 플랜트 현장에서 소비 전략량의 많은 부분을 차지하고 있어, 최적의 운전조건을 찾지 못한다면 장기간 플랜트 운영 시 막대한 에너지 손실비용을 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 펌프의 운전조건별 변동에 따른 유동해석 및 결과분석을 통하여 성능저하 요인을 파악하고 최적의 운전조건을 확인하는 기술이 필요하다. 실험기법을 통해 운전 효율성 평가를 하기 위해서는 현장의 운전조건과 실험장비 제작 등 상당한 시간과 비용이 발생되기 때문에 신속하고 정확한 전산유체역학(CFD) 기법을 활용하여 본 연구에서 결과를 도출하였다. 펌프의 성능이 현장의 사정에 맞지 않아 펌프 성능을 줄일 필요가 있는 경우, 회전수에 변화를 주거나 고점도 혹은 고형물이 함유된 특수액을 사용하는 방법 등이 사용된다. 특히 LNG 생산기지의 설비운영에 차질이 발생하지 않도록 하기 위해 단시간 내에 펌프의 기존 임펠러를 가공하여 필요한 성능 조건을 만족시키는 기술이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 펌프의 기존 회전차를 가공한 3D 모델링 형상을 적용하여 ANSYS CFX 프로그램으로 유동해석을 수행하였다. 유동해석 결과와 MATLAB 프로그램의 Curve Fitting Toolbox를 활용하여 수치 해석적으로 분석하여 회전차 외경수정 이론식을 검증하였다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제28권1호
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• pp.1-18
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• 2023

동해는 전 세계적으로 가장 빠른 수준의 온난화를 경험하는 해역 중 하나로서, 기후변화에 민감하게 반응할 뿐 아니라 대양에 비해 월등히 짧은 순환 주기를 가지고 있기 때문에 미래의 대양 환경 변화에도 중요한 시사점을 주는 것으로 알려져 있다. 그러나 동해 심층 해수의 특성과 순환의 변화 과정에 대한 연구는 동해 전역의 심층을 정밀하게 조사하기 위한 국제협력 프로그램이 자리잡고, 측정 장비의 분해능을 포함하는 관측기술과 수치모델 모의 능력이 크게 향상된 최근(1990년대 이후)에서야 본격화되고 있다. 여기서는 동해 심층 해수의 물리적 특성과 순환의 변화 과정에 대한 그간의 연구 결과를 요약하고, 향후 남은 과제를 제시하고자 한다. 동해는 내부에서 자체적으로 심층 해수가 생성되며 대양과 분리된 독특한 심층 순환 구조를 가진다. 동해의 수백 m 수심 아래에는 수온이 낮고(<1℃) 염분이 거의 일정(34.0-34.1)한 해수가 분포하기 때문에 오랜 기간 이 해수를 일본해고유수(동해고유수)로 명명된 단일 해수로 여겨 왔다. 그러나 1990년대 이후 정밀한 관측이 이루어지며, 동해 심층을 채우고 있는 해수가 적어도 3개의 서로 다른 물리적 특성을 가진 해수(중앙수, 심층수, 저층수)로 구성됨이 밝혀졌다. 이들 3개 해수의 물리적 특성과 해수 사이의 경계 수심은 항상 일정한 것이 아니라, 지난 수십 년 동안 유의한 수준의 변화를 겪어왔다. 동해 북부 해역의 대마난류 재순환, 해양-대기 열과 담수의 교환량, 해빙 형성에 영향을 받는 대류(심층사면대류 및 심층외양대류) 과정에 따라 심층 해수 생성에 뚜렷한 차이가 발생했기 때문이다. 생성된 심층 해수는 수심이 얕은 곳을 오른쪽에 두고 일본 분지에서부터 반시계 방향으로 울릉 분지, 야마토 분지를 차례로 거쳐 다시 일본 분지로 수송되며, 이 수평적인 심층 순환도 변화를 겪어 왔다. 수평적인 심층 순환은 동시에 남북 및 연직 방향의 순환(자오면 순환) 경로와 강도의 변화를 동반한다. 동해는 수천 년 규모의 순환 주기를 가지는 대양에 비해 훨씬 짧은 수백 년 혹은 그 이내의 순환 시간 규모를 가지기 때문에 동해 심층 해수의 물리적 특성과 자오면 순환의 급격한 변화를 더 뚜렷하게 볼 수 있을 것으로 기대 가능하다. 심층 및 자오면 순환 사이의 연계성, 대양과 동해의 유출입 해수 수송을 포함하는 동해 상층 순환과 심층 순환 사이의 연계성은 아직까지 잘 밝혀지지 않았다. 동해 심층 해수 수송의 경로와 강도를 지배하는 다양한 과정들에 대한 후속 연구들이 요구된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권2A호
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• pp.123-130
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• 2012

증기를 발생시켜 터빈(turbine)을 회전시키는 화력 및 원자력 발전 계통에서 냉각시설은 필수적인 구조물이며, 냉각수 순환 계통은 일반적으로 해수를 취수하여 발전소 내의 복수기까지 유입시켜 증기와 열 교환 후 다시 외해로 배출시키는 형태를 취하고 있다. 최근 냉각수 취 배수 방식을 표층 취 배수 방식이 아닌 심층 취 배수 방식으로 변경하고 있는데, 기존 원전의 재순환 온도에 대한 영향을 최소화 하고, 온배수 방류시 밀도차로 인한 부력으로 온배수 혼합효과를 높여 온배수에 의한 환경피해 범위를 최소화하기 위해서이다. 특히, 하절기에 저층의 저온 냉각수를 취수할 수 있다는 이점 때문에 향후 계획되는 발전소들도 심층 취 배수 방식을 도입할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 원자력 발전소의 냉각시설 중 심층 취 배수 구조물의 입구 주변을 3차원 전산유체역학 코드인 $FLOW-3D^{(R)}$로 모사하여 그 흐름특성을 분석하였다. 취수구(intake)의 경우 연직취수 조건에서 유속 덮개(Velocity cap), 배수구(diffuser)의 경우 방류수의 분사방향에 변화를 주어 모의하였으며, 그 결과 취수구의 경우 유속덮개에 의한 연직 유속성분의 현저한 감소로 인한 어류 유입영향을 최소화할 수 있을 것으로 판단되며, 배수구 희석효과는 Jirka 및 Harleman이 제시한 2차원 온배수 프룸(frume)과 잘 일치 하는 것으로 나타났다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권12호
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• pp.4571-4584
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• 2022

The analysis of rapid flow transients in Reactor Coolant Pumps (RCP) is essential for a reactor safety study. An accurate and precise analysis of the RCP coastdown is necessary for the reactor design. The coastdown of RCP affects the coolant temperature and the colloidal crud in the primary coolant. A realistic and kinetic model has been used to investigate the behavior of activated colloidal crud in the primary coolant and steam generator that solves the pump speed analytically. The analytic solution of the non-dimensional flow rate has been determined by the energy ratio β. The kinetic energy of the coolant fluid and the kinetic energy stored in the rotating parts of a pump are two essential parameters in the form of β. Under normal operation, the pump's speed and moment of inertia are constant. However, in a coastdown situation, kinetic damping in the interval has been implemented. A dynamic model ACCP-SMART has been developed for System Integrated Modular and Advanced Reactor (SMART) to investigate the corrosion due to activated colloidal crud. The Fickian diffusion model has been implemented as the reference corrosion model for the constituent component of the primary loop of the SMART reactor. The activated colloidal crud activity in the primary coolant and steam generator of the SMART reactor has been studied for different equilibrium corrosion rates, linear increase in corrosion rate, and dynamic RCP coastdown situation energy ratio b. The coolant specific activity of SMART reactor equilibrium corrosion (4.0 mg s^-1) has been found 9.63×10^-3 µCi cm^-3, 3.53×10^-3 µC cm^-3, 2.39×10^-2 µC cm^-3, 8.10×10^-3 µC cm^-3, 6.77× 10^-3 µC cm^-3, 4.95×10^-4 µC cm^-3, 1.19×10^-3 µC cm^-3, and 7.87×10^-4 µC cm^-3 for ²⁴Na, ⁵⁴Mn, ⁵⁶Mn, ⁵⁹Fe, ⁵⁸Co, ⁶⁰Co, ⁹⁹Mo, and ⁵¹Cr which are 14.95%, 5.48%, 37.08%, 12.57%, 10.51%, 0.77%, 18.50%, and 0.12% respectively. For linear and exponential coastdown with a constant corrosion rate, the total coolant and steam generator activity approaches a higher saturation value than the normal values. The coolant and steam generator activity changes considerably with kinetic corrosion rate, equilibrium corrosion, growth of corrosion rate (ΔC/Δt), and RCP coastdown situations. The effect of the RCP coastdown on the specific activity of the steam generators is smeared by linearly rising corrosion rates, equilibrium corrosion, and rapid coasting down of the RCP. However, the time taken to reach the saturation activity is also influenced by the slope of corrosion rate, coastdown situation, equilibrium corrosion rate, and energy ratio β.

• 대한환경공학회지
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• 제34권4호
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• pp.223-231
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• 2012

본 연구는 유 무기성 폐기물 처리를 위한 다축스크류 난류접촉식 고효율 건조기의 최적 설계를 위한 연구의 일환으로 실험적 연구와 수치해석적 연구를 통하여 건조기 내부의 열유동 메카니즘을 규명하고 건조효율을 높일 수 있는 설계 기준을 제시 하고자 수행되었다. 사용된 건조기의 대표적인 특성은 건조용 가스의 바이패스 시스템으로 연소를 통해 얻어진 고온의 가스가 다축 스크류 내부 축을 따라 흐르면서 분공을 통해 고속으로 슬러지 내부로 분출되면서 열풍 건조를 하게 되는 것이다. 다양한 열원의 적용이 가능하고 고온 난류 분사식으로 높은 건조속도를 갖고 있으며 고점성 물질에도 적용이 가능한 것이 장점이다. 여기서 건조가스의 분배는 슬러지를 체적 가열하는 한편 슬러지가 뭉치지 않고 지속적으로 열과 물질 전달을 원활하게 하는 기공을 유지하도록 해야 한다. 실험결과 하수슬러지 200 kg/hr를 처리하는데 스크류를 1 rpm으로 회전시킬 때 적정 체류시간은 100분 정도로 나타났다. 또한 다양한 열량 공급 결과 150,000 kcal/hr로 공급한 경우 높은 건조효율을 유지하면서 잉여 열량공급으로 인한 과도한 열피로 및 열량의 낭비를 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 유 무기성 슬러지의 설계기술 및 건조효율 향상을 위한 건조가스의 유동 및 온도분포를 수치해석적 연구를 통하여 계산하였으며 연소실과 건조실의 온도계산 결과는 실험 자료와 매우 유사하게 나타나서 성공적으로 비교검증을 수행하였으며, 향후 물질전달에 대한 세부적인 모델을 적용하여 연구를 지속적으로 수행할 예정이다.