• Wind and Structures
• /
• 제23권6호
• /
• pp.505-521
• /
• 2016

The objective of this study is to investigate numerically the effect of building roof shaps on wind flow and pollutant dispersion in a street canyon with one row of trees of pore volume, $P_{vol}=96%$. A three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model is used to evaluate air flow and pollutant dispersion within an urban street canyon using Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations and the Explicit Algebraic Reynolds Stress Models (EARSM) based on k-${\varepsilon}$ turbulence model to close the equation system. The numerical model is performed with ANSYS-CFX code. Vehicle emissions were simulated as double line sources along the street. The numerical model was validated by the wind tunnel experiment results. Having established this, the wind flow and pollutant dispersion in urban street canyons (with six roof shapes buildings) are simulated. The numerical simulation results agree reasonably with the wind tunnel data. The results obtained in this work, indicate that the flow in 3D domain is more complicated; this complexity is increased with the presence of trees and variability of the roof shapes. The results also indicated that the largest pollutant concentration level for two walls (leeward and windward wall) is observed with the upwind wedge-shaped roof. But the smallest pollutant concentration level is observed with the dome roof-shaped.

• 한국유체기계학회 논문집
• /
• 제15권5호
• /
• pp.60-66
• /
• 2012

One of commonly physical phenomena encountered in pump sump systems in which its significant influence to the hydraulic performance of pump system plays an important role in the field of fluid engineering, is the appearance of free surface and submerged vortices. In this paper, a study of the vortices behavior and their formative mechanism of asymmetry is considered in this paper by using numerical approach. The Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and k-omega Shear Stress Transport turbulence model used to describe the properties of turbulent flows, in company with VOF multiphase model, are implemented by Fluent code with multi-block structured grid system. In the numerical simulation, the calculated elevation of air-water interface and vortex core contours are used to classify visually surface vortices as well as submerged vortices. It is shown that the free surface vortex is identified by the concavity of liquid region from the free surface and swirling flow at that own plane. To investigate the distinctive behavior of these vortices corresponding to each given flow rate at the same water level, some numerical testing of them are considered here in such a manner that the flow pattern of surface vortex are obtained similarly to the obtained results from experiment. Furthermore, the influence due to the change of grid refinement and the variation of depth of the concavity are also considered in this paper. From that, these influential factors will be implemented to design a good pump sump with higher performance in the future.

• 한국해안·해양공학회논문집
• /
• 제31권1호
• /
• pp.17-27
• /
• 2019

Bound mode의 외중력파와 이로 인한 보강간섭이 이상파 생성 기작이라는 가설을 확인하기 위해 OpenFoam 기반 Tool box인 ihFoam과 Bi-spectrum에 기초한 수치모의를 수행하였다. 수치모의는 건설 과정에서 이상파가 관측된 삼척 LNG 생산기지 전용부두를 대상으로 수행되었으며, Bound mode의 외중력파는 Bi-spectrum에 기반하여 출현빈도가 높은 주기가 7초인 국지 풍성파와 11.4초인 너울의 difference interaction으로 생성하였다. 또한 비교를 위해 비선형 Cnoidal wave, linear wave를 대상으로 한 수치모의도 병행하여 수행하였다. 모의결과 N 계열 bound mode의 외중력파에 의해 삼척 LNG 생산기지 전용부두를 따라 진행되는 연파가 생성되며, 이상파는 전술한 연파와 남측 도류제로부터의 반사파가 더해져 출현하는 것으로 모의되었다.

• 한국해양공학회지
• /
• 제35권1호
• /
• pp.38-49
• /
• 2021

Slug flow is the most common multi-phase flow encountered in oil and gas industry. In this study, the hydrodynamic features of flow in pipes investigated numerically using computational fluid dynamic (CFD) simulations for the effect of slug flow on the vertical and bent pipeline. The compressible Reynold averaged Navier-Stokes (RANS) equation was used as the governing equation, with the volume of fluid (VOF) method to capture the outline of the bubble in a pipeline. The simulations were tested for the grid and time step convergence, and validated with the experimental and theoretical results for the main hydrodynamic characteristics of the Taylor bubble, i.e., bubble shape, terminal velocity of bubble, and the liquid film velocity. The slug flow was simulated with various air and water injection velocities in the pipeline. The simulations revealed the effect of slug flow as the pressure occurring in the wall of the pipeline. The peak pressure and pressure oscillations were observed, and those magnitudes and trends were compared with the change in air and water injection velocities. The mechanism of the peak pressures was studied in relation with the change in bubble length, and the maximum peak pressures were investigated for the different positions and velocities of the air and water in the pipeline. The pressure oscillations were investigated in comparison with the bubble length in the pipe and the oscillation was provided with the application of damping. The pressures were compared with the case of a bent pipe, and a 1.5 times higher pressures was observed due to the compression of the bubbles at the corner of the bent. These findings can be used as a basic data for further studies and designs on pipeline systems with multi-phase flow.

• 대한조선학회논문집
• /
• 제34권1호
• /
• pp.11-23
• /
• 1997

본 논문은 선박용 프로펠러 날개단면의 개발 과정을 다루고 있다. 2차원 날개단면의 유체역학적 특성은 캠버 및 두께 분포, 앞날 반경 등 기하학적 형상에 따라 달라진다. 2차원 날개단면 주위의 전 유장을 난류로 고려한 후 해석하기 위해 유한 체적법에 의한 Reynoles time averaged Navier-Stockes 방정식을 이용한 수치해석 기법을 개발하였다. 본 연구에서는 날개단aus 표면에 보다 많은 계산점을 주면서도 받음각의 변화에도 격자계 생성이 용이한 O-Type 격자계를 채택하였고, 전 유동장은 k-${\varepsilon}$ 난류 모형을 적용하여 해석하였다. 본 연구에서 개발된 수치해석 기법은 NACA0012의 실험 결과와 비교하여 계산 정도를 확인하였다. 본 연구에서는 낮은 항력을 갖는 고효율 날개단면 개발을 목표로, 항력이 양호한 날개단면은 공동 터널에서 양력, 항력 및 공동 특성 실험을 수행하였으며, 수치 해석 결과와도 비교하였다. 본 연구를 통하여 개발된 2차원 날개단면 해석용 수치 유체역학 코드는 실험 결과와 잘 일치하고 있음을 알 수 있었다. 이상의 과정을 통하여 기존의의 날개단면인 NACA66 두께 분포와 a=0.8 mean line 캠버를 갖는 KH13보다 효율뿐만 아니라 공동 특성도 우수한 단면인 KH28을 개발할 수 있었다. 새로운 날개 단면인 KH28은 선박용 프로펠러에 적용하기 위한 연구가 지속되어야 하며, 한편 낮은 받음각에서 양-항력 추정의 정확도를 높이기 위해서는 개발된 수치해석 코드에 2-경계층 모형이 적용되어야 할 것으로 본다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제52권10호
• /
• pp.743-752
• /
• 2019

만곡수로에서의 흐름은 나선형 운동 형태의 이차류가 지배적이며, 이로 인해 일반적으로 만곡 외측을 따라 침식 현상이 발생하게 된다. 이러한 이차류를 약화시키기 위해서 보통 만곡수로 외측을 따라서 수제와 같은 수공구조물을 설치한다. 이 연구에서는 OpenFOAM 오프소스 소프트웨어를 토대로 난류 해석을 위한 하이브리드 RANS/LES 기법과 자유수면 해석을 위한 VoF기법을 이용한 3차원 수치모의를 통해서 $90^{\circ}$ 만곡수로에 설치된 잠긴수제가 후루드수가 0.43인 조건에서 이차류의 발달에 미치는 영향을 분석하였다. 시간과 공간에 대해서 2차 정확도의 유한체적법을 이용하여 수치모의를 수행하였으며, 수치해석 결과는 실험결과와 비교하여 수치모의의 정확도를 평가하였다. 잠긴수제가 설치된 경우의 수치모의 결과를 흐름방향 유속 분포와 횡방향 순환 유속벡터장을 중심으로 수리실험 관측값들과 비교할 때 수치모의 결과는 수리실험에서 관측된 주요 이차류 흐름 거동과 현상들을 대부분 양호한 정확도로 잘 재현하는 것으로 나타났다. 수치모의 결과를 비교해보면, 잠긴수제 설치로 인해서 만곡이 끝나는 단면 외측 하상부근에서의 유속은 약 평균유속의 1/3 정도 감소하는 반면에 수제 상단부에서의 전단층 발달에 따른 흐름 가속으로 자유수면 부근까지 유속이 증가하고 만곡 수충부에서는 수면 부근 유속이 약 20% 증가하는 것으로 나타났다. 결과적으로 잠긴수제는 만곡부에서 발생하는 이차류의 강도를 약화시켜 만곡부 외측 하상의 안정에 도움이 될 것으로 판단된다. 한편, 각 잠긴수제 전면부에서 말발굽와가 그리고 후면부에서는 후류가 형성되면서 수제 구조물 주변에서 강한 국부세굴이 발생하는 것으로 나타남으로, 국부세굴을 최소화할 수 있는 수제의 형상 및 배열에 대한 추가 연구가 요구된다.