• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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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.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.6 no.4
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• pp.302-308
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• 2005

The temperature distribution and fluid flow in the chamber was investigated using FLUENT code. It provides comprehensive modeling capabilities for a wide range of incompressible or compressible and laminar or turbulent fluid flow problems. And a broad range of mathematical models for transport phenomena is combined with the ability to model for complex geometries. The geometry of the chamber was very complex, and a simplified model of the chamber was used in the simulation experiment. It was important that the temperature deviation of test site. This datum were provided in the improving the control algorithm. Using this algorithm, the results were with in $0.1^{\circ}C.$

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.391-391
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• 2016

유수동역학적인 요소와 유사의 부유는 서로 상호작용을 주고받으며 다양한 현상을 만들어낸다. 많은 선행연구를 통해 유사 농도 등의 특성이 난류 구조 등의 변화를 야기하며, 변화한 난류 구조 역시 유사의 부유 등에 2차적인 영향을 준다는 점이 확인되었다. 본 연구에서는 가는 유사에 보다 집중하여 유사 부유와 이에 따른 연직구조 특성의 변화를 살펴본다. 본 연구에서는 1차원 연직 모형을 이용하여 수치실험을 수행한다. 본 연구에 이용된 모형은 가는 유사의 특성인 빠른 입자 반응 시간(Particle Response Time)이 가정되는 모형으로 선행연구를 통해 적용성이 검증된 것으로 판단한다. 주요 분석대상은 유사의 농도와 속도경사 간의 관계 등이며, 분석하는 유사 농도 종류는 일반적인 비점착성 유사의 경우에 관심을 가지는 질량 농도에 집중하여 결정된다. 수치실험 수행을 위해서는 정류 흐름, 진동파 흐름 등이 적용되었고 다양한 경우의 가는 유사를 고려하기 위한 실험조건의 변경이 이루어졌다. 수치실험 결과 진동파의 다양한 위상에서 조금씩 달라지는 연직구조가 확인되었다. 이는 보정되는 Schmidt 수의 값과도 연관관계를 가지는 것으로 나타났다. 특히 가는 유사의 경우에도 입자의 크기에 따라 다른 연직구조의 특성이 모의되었으며 이를 통해 수치실험의 경우에도 입자 크기의 고려 하에 매개변수의 보정이 이루어져야 한다는 점을 알 수 있다. 스토크스 수는 입자 반응 시간과 유체 난류 시간규모(Fluid Turbulence Ttime Scale)의 비율을 의미한다. 본 연구를 통해 스토크스 수가 유사의 확산강도 결정과 큰 상관 관계를 가지는 것을 알 수 있다. 이때 유사의 크기와 보정되는 Schmidt 수의 값은 고정되었다. 수치 계산시에 확산계수의 값이 부유 및 이에 따른 연직구조의 특성을 결정하는 중요한 변수라는 점을 고려할 때, 가는 유사의 부유를 모의할 때에는 세심한 주의가 요구된다는 점을 이해할 수 있다. 선행 연구사례를 통해 볼 때 부유하는 입자의 관성력이 Schmidt 수의 결정과 이에 따른 연직 구조의 계산에 큰 영향을 준다는 점을 알 수 있다. 본 연구에서는 스토크스 수를 관성력을 나타낼 수 있는 지표로서 계산하였지만 보다 정량적이고 효율적인 입자 관성력 지표가 제시될 때 효율적인 연구결과의 제시가 이루어질 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.630-634
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• 2010

최근의 기후변화는 강우강도의 증가로 인한 홍수의 빈도 및 홍수량의 증가로 인한 홍수 피해의 증가를 유발하고 있으며, 갈수기 및 평수기의 유량감소로 인한 수질의 악화와 부유사의 증가로 인한 피해가 증가하고 있는 실정이다. 이러한 피해에 대한 대책으로는 기후변화를 유발하는 전 지구적인 온난화의 대책이 가장 선행되어야 하겠으며, 또한 이수, 치수를 위한 정확한 하천해석을 통한 하천관리가 매우 중요한 실정이다. 하천관리는 경제 산업적 측면에서 중요한 분야이며, 바람직한 하천관리를 위해서는 하천의 거동에 대한 정확한 해석이 필수적이다. 많은 흐름 해석에서 섬이나 하천 구조물의 주위에서 복잡한 2차원적인 하천 흐름의 특성을 잘 나타낸다. 2차원 수치모형들은 이러한 불규칙한 경계면에서 발생하는 난류흐름을 처리하는데 어려움이 있다. 이는 대부분의 실제하천이나 홍수파 해석, 댐 붕괴류 해석, 조수영향과 같은 해안공학의 문제에서도 발생한다. 본 연구에서 개발한 난류해석기법의 적용성을 검증하기 위하여 내부경계가 존재하는 실험하도에 대한 수치모의를 수행하고 결과를 실험치, 해석해와 비교를 통하여 모형의 적용성과 적정 난류교환계수를 선정하였다. 실측치와 비교검토를 통하여 본 연구에서 개발된 2차원 난류해석을 유한요소모형의 적용성을 검증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.02a
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• pp.23-52
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• 2004

하도 내 식생은 하천의 수리특성과 주변 생태계에 변화를 준다. 유체역학적으로 식생은 하천의 평균흐름과 난류량을 변화시키며, 이와 관련하여 유사, 영양 물질, 용존 산소, 그리고 서식 동물 등에 많은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 과거에는 식생된 수로의 흐름을 식생에 의한 항력이 증가된 경계층 흐름으로 단순하게 보아 왔으나, 근래의 실험유체역학적인 연구는 식생된 하천의 흐름 구조에 대한 자세한 사항을 제시함으로써 부유사와 소류사 그리고 오염물질의 이송 및 확산에 미치는 영향에 대한 연구가 진행되고 있다. (중략)

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.7
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• pp.665-670
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• 2010

The effect of a particle's spin is investigated numerically by taking into account the effect of lift forces originating due to difference between the rotations of a particle and of a fluid, such as the Saffman and Magnus lift forces. These lift forces have been ignored in many previous studies on particle-laden turbulence. The trajectory of the particles can be changed by the lift forces, resulting in a significant modification of the stochastic characteristics of heavy particles. Probability density functions and autocorrelations are evaluated from the velocity of solid particle, acceleration of solid particles, and acceleration of fluid at the position of solid particle. Changes in velocity statistics are negligible but statistics related with acceleration are affected by the rotation of particle. When a laden particle encounters coherent structures during its motion, the particle's rotation might significantly affects the motion due to intermittently large fluid acceleration near the coherent structures.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.13 no.2
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• pp.54-63
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• 2009

Large eddy simulation was conducted for flow development in a chamber with wall injection which simulates the cold flow in an idealized hybrid rocket motor. It was found that a peculiar timescale, roughly corresponding to St~0.5, resides in the flowfield resulting from the interaction between the main oxidizer and wall injected flows. However, the fact that this time characteristics is absent in the temperature field in the vicinity of the wall indicates that even a small regression rate renders the passive scalar, such as temperature, dissimilar to the velocity field. This implies that a classical approach, which assumes that constant turbulent Prandtl number, should be replaced by a more sophisticated turbulence models to accurately predict the temperature field in the hybrid motor.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1318-1322
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• 2006

보는 낙차공과 함께 하천에서 자주 시공되는 하천 구조물로 매년 태풍이나 홍수로 큰 피해를 나타내는 대표적인 시설물 중 하나이다. 구미의 경우에는 보 하류부에 정수지(stilling basin)등을 설치하여 에너지를 적절히 소산시켜 하류로 흘려보내는 공법을 사용하고 있으나 우리나라와 기후조건이 유사한 일본에서는 보하류부에 물받이 및 하상보호공을 설치하는 방법으로 보 설계를 하고 있어 하상보호공에 대한 설계개념에 차이가 있다. 현재 국내의 보 설계는 Bligh공식에 따라 물받이 및 하상보호공을 결정하였으나 지반의 침투영향을 고려하여 도출된 공식이므로 수리적 특성를 고려하지 못하는 한계성을 가지고 있다. 따라서 보에서 수리특성을 고려한 물받이 및 하상보호공 설계를 위한 수리실험을 통해 설계지침을 보완할 필요가 있다. 본 연구에서는 수리조건에 따른 하상보호공 길이를 제안하는데 목적이 있으며 이를 위해 난류유속강도를 주요영향 요소로 선정하여 도수 및 도수 후 구간에 대해 난류강도 변화를 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1992.11a
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• pp.13-18
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• 1992

대형 틸팅패드 저어널베어링은 고속안정성 특성이 우수한 베어링으로서 시스템의 안정성이 매우 중요시되는 터빈발전기 등 대형 고속 회전기계에 많이 사용되고 있다. 그런데 이들 대형 저어널베어링에서는 유막의 온도상승이 매우 많고, 유체의 흐름이 거의 난류영역에 이르기 때문에 베어링의 운전특성을 정확하게 예측하기가 어려운 실정이다. Hopf & Schuler는 대형 틸팅패드 저어널베어링에 대한 실험적 연구에서 유동상태에 따라 베어링의 온도분포가 서로 달라진다고 발표하였다. 대형 틸팅패드 저어널베어링은 구조적으로 유동상태가 복잡할 뿐만 아니라 계산과정도 까다로운 편이어서 온도상승과 난류를 고려하여 엄밀하게 운전특성을 예측한 연구는 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 대형 틸팅패드 저어널베어리으이 운전특성을 보다 엄밀하게 예측하기 위하여 3차원 적으로 유막의 점도변화 및 패드에서의 열전달을 고려하고, 와점성계수를 이용한 난류윤활이론을 사용하여 유막의 온도상승 및 난류가 베어링의 온도분포, 부하능력, 마찰손실 등의 운전특성에 미치는 영햐을 보다 엄밀하게 제시하고자 한다.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.16 no.1
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• pp.55-63
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• 2012

The turbulent flow characteristics in a coaxial injector were investigated by the nonlinear $k-{\varepsilon}-f_{\mu}$ model of Park et al.[1] and large eddy simulation (LES). In order to analyze the geometric effects on the scalar mixing for nonreacting variable-density flows, several recessed lengths and momentum flux ratios are selected at a constant Reynolds number. The nonlinear $k-{\varepsilon}-f_{\mu}$�� model proposed the meaningful characteristics for various momentum flux ratios and recess lengths. The LES results showed the changes of small-scale structures by the recess. When the inner jet was recessed, the development of turbulent kinetic energy became faster than that of non-recessed case. Also, the mixing characteristics were mainly influenced by the variation of shear rates, but the local mixing was changed by the adoption of recess.