• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.149-149
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• 2020

하천에서 물 흐름이 보와 댐과 같은 수공구조물을 지날 때 일반적으로 흐름상태에 다양하고 급진적인 변화가 발생한다. 특히 흐름이 구조물을 지나면서 사류(supercritical flow)로 변하고 다시 상류(subcritical flow)로 복원되면서 일어나는 도수(hydraulic jump) 현상은 수위의 급변화, 흐름 에너지 소산, 변동성이 강한 압력 분포 등이 특징이다. 이러한 흐름 특성들은 보나 여수로와 같은 수공구조물 자체의 성능뿐만 아니라 이들 수공구조물의 하류에서 발생하는 국부세굴로 인해 구조물의 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 수공구조물을 설계할 때는 이들 구조물을 통과하는 흐름의 비정상 난류 흐름 특성을 정확하게 해석하여 반영하여야 한다. 이 연구에서는 k-omega SST 난류 모형과 자유수면의 급격한 변동을 해석하기 위한 하이브리드-VOF(hybrid volume of fluid)기법을 이용하여 도수현상을 수치적으로 재현하고자 한다. 기존 CFD(computational fluid Dynamics) 모델링에서는 자유수면 변동의 영향을 고려하기 위해 VOF 기법을 많이 사용하였다. 하지면 전통적인 VOF 기법은 다상흐름(multiphase flow)을 오직 부피분율(volume fraction)의 함수로만 고려하며 모의함으로써 강한 수면변동뿐만 아니라 공기연행(air entrainment)를 동반하는 난류 흐름을 모의하는데는 한계가 있다. 이 연구에서 이용하는 Eulerian 기법인 하이브리드 VOF 기법은 물과 공기의 각 상에 대하여 흐름 특성들을 개별적으로 계산하기 때문에 공기연행을 포함한 급변류 흐름에서 전통적인 VOF 기법보다 적용성이 우수하다. 이와 같은 난류모형과 자유수면 포착기법을 이용하여 3차원 비정상 난류 흐름 수치모형을 구축하여 수공구조물 주변에서 발생하는 강한 공기연행과 난류 특성를 보이는 급변류를 수치적으로 재현한다. 이 연구는 계산된 수치해석 결과를 기존 수리실험 결과와 비교하여 수치모형의 적용성을 평가하고 도수 현상에서 발생하는 독특한 흐름 특성을 제시한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권spc1호
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• pp.1049-1058
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• 2023

보와 저낙차 댐과 같은 하천횡단구조물을 통과하는 흐름은 도수 현상을 동반하는 급변류가 지배적이다. 구조물 하류에서 도수로 인한 유속과 수면의 강한 비정상성은 수공구조물의 안정에 영향을 줄 수 있다. 특히, 높은 Froude 수 조건에서 발생하는 정상도수는 공기연행이 현저하게 발생하여 흐름 특성은 더욱 복잡해진다. 이 연구에서는 Froude 7.3 조건에서 발생하는 정상도수를 모의하기 위해서 큰와모의 기법과 하이브리드 VoF 기법을 이용한 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과는 구조물 하류 바닥면에서 계측된 순간최대압력과 시간평균압력 분포를 유사하게 재현하는 것으로 나타났다. 단, 구조물 직하류에서의 순간최소압력 분포는 대상으로 하는 실험 계측값과 반대의 양상을 보이지만, 유사한 다른 시험과는 같은 양상을 보임으로써 본 연구에서 수행한 수치모의는 합리적으로 압력변동을 예측하는 것으로 판단된다. 도수 중앙부에서의 연직방향 유속분포와 공기농도분포는 유사한 조건의 실험 결과들과 자기상사성을 보이면서 양호하게 일치하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 본 연구에서 적용한 큰와모의 기법과 하이브리드 VoF 기법이 높은 Froude 수 조건에서 강한 공기연행을 동반하는 도수현상을 양호하게 재현할 수 있음을 보여준다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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• pp.3264-3269
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• 2007

Combustion instability is a serious obstacle for the lean premixed combustion of gas turbines, and can even cause fatal damage to the combustor and the entire system. Thus, improved understanding of the mechanisms of combustion instability is necessary for designing and operating gas turbine combustors. In this study, in order to understand the instability phenomena, an experimental study was conducted in a rearwardstep dump combustor with LPG and air. The fluctuations of pressure and heat release were measured by piezoelectric pressure sensor and High speed Intensified Charge Coupled Device (ICCD) camera respectively. Various types of combustion modes occurred in accordance with the equivalence ratio and the fuel supplying conditions. The unmixedness of the fuel and air can be controlled by changing the mixing distance ($L_{fuel}$). It is found that the unmixedness of the fuel and air affects the characteristics of flame behavior and pressure fluctuations in a lean premixed flame.

• 한국전산유체공학회지
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• 제17권1호
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• pp.23-28
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• 2012

The pressure transient inside the passenger cabin of high-speed train has been simulated using computational fluid dynamics(CFD) based on the axi-symmetric Navier-Stokes equation. The pressure change inside a train have been calculated using first order difference approximation based on a linear equation between the pressure change ratio inside a train and the pressure difference of inside and outside of the train. The numerical results have been assessed for the KTX train passing through a 9km long tunnel of Wonju-Kangneung line at the speed of 250km/h assuming that the train is satisfying the train specification for airtightness required by the regulation.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2011년 춘계학술대회논문집
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• pp.337-342
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• 2011

The pressure transient inside the passenger cabin of high-speed train has been simulated using computational fluid dynamics(CFD) based on the axi-symmetric Navier-Stokes equation. The pressure change inside a train have been calculated using first order difference approximation based on a linear equation between the pressure change ratio inside a train and the pressure difference of inside and outside of the train. The numerical results have been assessed for the KTX train passing through a 9km long tunnel of Wonju-Kangneung line at the speed of 250km/h assuming that the train is satisfying the train specification for airtightness required by the regulation.

• 한국철도학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.576-584
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• 2016

본 연구에서는 터널에서의 압력 변동값을 이용하여 차량의 기밀도를 측정하였다. 차량의 기밀도는 이명감과 깊은 관계가 있으므로, 차량의 기밀도를 추정하는 것은 실내 압력 변동을 파악하는데에 필수적이다. 차량의 기밀도를 알면, 실내압력 변동을 예측할 수 있다. 또한 이명감은 고속열차 뿐만아니라 급행 대심도 열차에서도 야기될 수 있는 문제이다. 본 연구에서는 각국의 다양한 이명감 기준을 비교 검토하였으며, ITX-청춘, KTX, KTX-산천(호남) 차량을 이용한 현차실험 데이터를 바탕으로 각 차량의 차량 기밀도를 추정하였다. 이 기밀도 값을 이용하여 차량 내부의 압력 변동값을 수치계산하였으며, 시험값과 비교하여 양호한 결과를 얻었다. 향후 고속차량 고속화를 위해서는 환기장치를 차단식이 아닌 연속환기 방식으로 할 필요가 있다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.313-336
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• 2007

고속철도는 일반철도와는 달리 터널구간에서 여러 가지 공기역학적인 문제가 발생한다. 개활지와 비교하여 크기가 매우 작은 터널에서 고속으로 운행하는 열차는 큰 공기저항을 받게 되어 주행 안정성이 떨어지고, 터널 내의 급격한 압력변동으로 객차 내 승객의 이명감 발생, 터널출구에서의 소음공해 등 일반철도에서는 예상치 못했던 문제를 유발시킨다. 이 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 고에서는 공기압의 특성 분석에 대하여 소개하고자 한다. 수치시뮬레이션을 통해 이명감 기준을 만족하는 최적의 단면을 검토하였다. 또한, 경부고속철도를 운행하는 열차에서 객차내 압력을 측정하였고, 화신5터널에서 터널내 압력 및 터널출구에서의 미기압을 측정하였다. 동시에 열차주행 모형실험을 수행하여 수치시뮬레이션의 입력조건으로 사용된 각종 매개변수 등의 적정성을 비교 검증하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권2호
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• pp.161-170
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• 2012

고분자 전해질 연료전지에서 물 관리는 연료 전지성능에 영향을 미치는 중요한 요인이다. 공급되는 수분의 양이 적을 경우 수소이온의 이동을 담당하는 전해질의 건조현상으로, 수분의 양이 과다할 경우 반응이 일어나는 촉매층과 전해질 삼상 계면에서의 홍수현상으로 성능을 감소시키거나 동작을 멈추게 하므로 이 부분에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 연료전지 수분에 영향을 주는 요소 중, 연료극과 공기극에 공급되는 상대습도를 100%로, 동작온도를 $80^{\circ}C$로 설정한 후, 입구 측에 압력을 변화하면서, 다중물리응용 수치해석을 포함하고 유한요소를 통하여 비선형 편미분 방정식이 결부된 상용코드를 이용하여 전체적인 전기화학반응 및 성능에 대한 해석을 수행하고 공기극 측의 가스 확산층에 각 위치별 전류밀도 분포와 수분포화의 분포, 압력차에 의한 동작물질의 속도 등을 분석하여 보았다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과는 연료전지의 성능은 압력의 세기에 따라 달라지며 압력이 높을수록 성능과 위치별 최대 전류밀도가 높게 나타났으며, 공기극의 가스 확산층에서의 수분함량은 높은 압력에서보다 낮은 압력에서 수분함량이 많은 것으로 나타났으며 특히 전극의 바로 아래 부분에서의 수분이 더 많이 응축되어 나타났으며 공기극 가스 확산층에서의 동작물질의 속도는 동작물질의 입구방향에서 출구측으로 진행할수록 그 변동 폭이 크게 나타났다.

• 에너지공학
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• 제4권1호
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• pp.23-30
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• 1995

분류층 가스화기 설계를 위한 일차연구로서 가스화기 종횡비, 주입方法, 선회강도 및 주입속도 등에 따른 비반응 난류장 특성을 수치해석적 방법에 의해 파악하였다. 수치해석은 검사체적에 기초한 Patankar의 유한차분방법을 이용하였으며 압력과 속도의 연계문제는 SIMPLEC 알고리즘을, 레이놀즈 전단력은 K- 난류모델을 사용하였다. 입자궤적 계산은 공기역학적 향력만을 고려하였으며 비선형적인 공기저항력에 의한 난류변동상관모델은 고려치 않았다. 이차공기 주입방법(parallell injection과 nonparallel 3$0^{\circ}C$ imjection)에 따른 수치해석을 수행하여 Ar tracer의 질량분율 및 기타 속도에 대한 實驗資料와 비교하여 만족할 만한 結果를 얻었다. 나아가서 假想的인 가스화기 모델을 대상으로 가스화기의 종횡비, 선회강도, 주입속도 및 주입각 등에 따른 와류 形成 위치 등을 포함한 유동장 특성 및 입도에 따른 궤적분석을 시도하였다.

• 터널과지하공간
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• 제20권6호
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• pp.446-454
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• 2010

압축공기를 활용한 가스터빈 발전방식(CAES-G/T)은 태양열이나 풍력과 같은 신재생 에너지의 출력 변동성을 조절하는 유력한 수단 중 하나로 고려되고 있다. 국내에서 CAES 발전이 실용화된다면 지질여건상 암반터널식이 채택될 가능성이 크다. 암반터널식 CAES 시설에서는 압축공기 저장공간을 밀폐시키기 위한 콘크리트 플러그의 설치가 필요하므로 플러그의 형상과 크기를 결정하는 것이 중요한 설계변수가 된다. 파괴에 대한 안전율 분포와 접촉부 접촉압력 분포 분석을 통해 2가지 형태의 콘크리트 플러그에 대한 안정성 평가를 수행하였다. 주어진 지질조건에서는 테이퍼형 플러그가 쐐기형 플러그에 비해 구조적으로 안정한 것으로 나타났다. 쐐기형 플러그의 경우 측면 접촉부에서 분리현상이 예측되었고 이러한 분리면에서 압축공기의 누출 가능성과 마찰저항의 감소가 발생할 수 있음을 보여주었다.