• 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.

• 한국가스학회지
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• 제10권3호
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• pp.7-12
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• 2006

본 논문은 배관에 대한 유동해석과 구조해석을 연계하여 감육부 최심점에서의 국부응력변화를 평가하기 위한 새로운 방법을 제시하였다. 이를 위해 배관 크기, 감육깊이 및 길이 등 3가지 변수를 고려한 해석모델을 적용하고, 침부식 또는 유동가속부식에 취약한 배관계통에서의 2가지 대표적 유체유동을 적용시켜 배관에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 유체의 흐름은 정상상태 비압축성 유동으로 가정하였고, 그 결과값을 감육배관 최심점에서의 국부응력을 구하기 위해 수행한 유한요소해석의 초기조건으로 적용하였다. 이러한 방법으로 구한 감육부에서의 압력분포와 기존의 단순 내압만을 고려한 경우와 상이하며, 그 결과를 비교하여 나타내었다. 향후 본 논문은 발전소설비나 가스설비의 배관건전성 평가에 참고자료로 적용 가능할 것으로 사료된다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제6권3호
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• pp.245-264
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• 2016

The iterative boundary element method (IBEM) developed originally before for cavitating two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) hydrofoils moving under free surface is modified and applied to the case of 2-D (two-dimensional) airfoils and 3-D (three-dimensional) wings over water. The calculation of the steady-state flow characteristics of an inviscid, incompressible fluid past 2-D airfoils and 3-D wings above free water surface is of practical importance for air-assisted marine vehicles such as some racing boats including catamarans with hydrofoils and WIG (Wing-In-Ground) effect crafts. In the present paper, the effects of free surface both on 2-D airfoils and 3-D wings moving steadily over free water surface are investigated in detail. The iterative numerical method (IBEM) based on the Green's theorem allows separating the airfoil or wing problems and the free surface problem. Both the 2-D airfoil surface (or 3-D wing surface) and the free surface are modeled with constant strength dipole and constant strength source panels. While the kinematic boundary condition is applied on the airfoil surface or on the wing surface, the linearized kinematic-dynamic combined condition is applied on the free surface. The source strengths on the free surface are expressed in terms of perturbation potential by applying the linearized free surface conditions. No radiation condition is enforced for downstream boundary in 2-D airfoil and 3-D wing cases and transverse boundaries in only 3-D wing case. The method is first applied to 2-D NACA0004 airfoil with angle of attack of four degrees to validate the method. The effects of height of 2-D airfoil from free surface and Froude number on lift and drag coefficients are investigated. The method is also applied to NACA0015 airfoil for another validation with experiments in case of ground effect. The lift coefficient with different clearance values are compared with those of experiments. The numerical method is then applied to NACA0012 airfoil with the angle of attack of five degrees and the effects of Froude number and clearance on the lift and drag coefficients are discussed. The method is lastly applied to a rectangular 3-D wing and the effects of Froude number on wing performance have been investigated. The numerical results for wing moving under free surface have also been compared with those of the same wing moving above free surface. It has been found that the free surface can affect the wing performance significantly.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.201-213
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• 2017

물이 포함된 원유는 oil separator 를 거쳐 물이 제거된다. 본 연구의 목적은 공기-물-기름 3상 혼합물에 대한 3차원 oil separator 의 분리성능을 예측하기 위하여 Eulerian 전산유체역학(CFD: computational fluid dynamics) 모델을 개발하는 것이다. 비압축성, 등온, 비정상상태 CFD 모델식은 공기상을 연속상으로, 물과 기름상을 분산상으로 정의하며, 운동량 보존식은 항력(drag force), 양력(lift force), 다공성매체 저항력을 포함한다. 또한, 난류현상으로 standard k-${\varepsilon}$ 모델이 이용된다. 물과 기름 출구압은 oil separator 의 액위를 결정하는 중요한 인자이며, 정상운전상태 액위 25 cm를 맞추기 위하여 측정압은 각각 6.3 kPa, 5.1 kPa으로 결정되었다. 시간에 따른 공기, 물, 기름의 부피분율의 변화를 조사하였고, 정상상태에 도달하였을 때, 물과 기름상의 침강속도를 oil separator의 종축 길이에 따라 분석하였다. 본 연구에서 제시된 CFD 모델로부터 얻은 oil separator의 기름분리성능은 99.85%이며, 실험값과 거의 일치하였다. 비교적 단순한이 CFD 모델은향후 oil separator의구조를 변경하거나, 최적운전조건을 찾기위하여 유용하게사용될수있을 것이다.

• 청정기술
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• 제27권1호
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• pp.61-68
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• 2021

선택적 촉매 혼합법은 대용량의 화력 발전시스템에서 질소산화물을 제거하는 방법으로 많이 사용되고 있다. 분사된 암모니아와 유입된 배기가스의 균일한 혼합은 촉매 층에서의 탈질 환원 과정에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 탈질설비의 암모니아 분사시스템 설계과정에 전산해석 기법을 적용하였다. 적용 모델은 현재 가동되고 있는 800 MW급 석탄 화력 발전소의 탈질설비이다. 유동 해석 범위는 암모니아 분사 시스템 입구에서 촉매 층 후단부이다. 2차원 유동장을 선택하였고 비압축성으로 가정하였다. 상용 소프트웨어인 ANSYS-Fluent를 사용하여 정상 상태의 난류 유동을 해석하였다. 설계 변수로는 암모니아 분사 시스템에서의 노즐 배치 간극과 분사 유량으로 4가지 경우에 대해 결과를 분석하였다. 촉매 층 입구에서의 몰 비에 의한 평균제곱근오차 값을 최적화 변수로 선정하였고 실험계획법을 기반으로 한 최적화 알고리즘을 도입하였다. 노즐 피치와 유량을 동시에 조절한 경우가 유동 균일성 관점에서 가장 우수하였다.

• 청정기술
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• 제25권4호
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• pp.324-330
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• 2019

선택적 촉매환원법은 산업 설비에서 분사되는 배기가스의 탈질 과정에 유용한 방법이다. 촉매 층 입구에서의 암모니아-질소산화물의 혼합비 분포는 탈질 과정에서 중요하다. 본 연구에서는 전산해석 기법을 이용하여 탈질설비의 입구 배기가스 내 질소산화물의 유동 분포에 따른 암모니아 분사 노즐의 유량을 조절하여 NH₃/NO 몰 비의 균일도를 개선하였다. 출구 X/H = 3 지점에서의 몰 비에 의한 평균제곱근오차 값을 최적화 변수로 선정하였고 실험계획법을 기반 한 최적화 알고리즘을 도입하였다. 균일, 포물선, 상향 솔림, 임의 등 4가지 입구 유동 형태에 대해 8개의 분사 노즐의 암모니아 분사 유량을 도출하였다. 정상상태의 비압축성 점성 이차원 유동장 해석을 위해 상용 소프트웨어인 ANSYS-FLUENT에 k-𝜖 난류모델을 적용하였다. 본 해석의 결과, 입구 배기가스의 유동 형태 별로 9.58%에서 80.0% 의 몰 비 개선 효과를 나타내었다.