• 대한조선학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.11-23
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• 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.

• 에너지공학
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• 제8권2호
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• pp.224-232
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• 1999

캡슐형 잠열재를 이용한 열저장 시스템은 바닥 난방 및 건물 난방에서 매우 효과적인 시스템이다. 이러한 시스템 개발에 필수적인 요소가 열유동 매체가 순환하는 파이프 주변의 캡슐내 온도 분포와 열유동 매체의 유량 등이다. 그러므로 본 연구에서는 3차원 비정상 상태에서 Navier-Stokes 방정식, 난류모델을 비롯한 스칼라 보존 방정식을 적용하여 캡슐 블록의 온도 분포 및 파이프 내의 유동장 해석을 수행하였다. 또한 본 연구와 같이 계산 영역이 특별한 기하학적 현상을 형상(circle+square)인 문제 해결하는데 적용할 수 있는 새로운 격자 생성 기술(MBFGE/CCM)을 개발하였다. 격자계는 파이프에서 원형 격자를 이용하였고, 캡슐 블록에서 사각 격자를 이용하여 다중격자와 미세격자를 결합하여 사용하였다. 본 연구의 목적은 컴퓨터를 이용한 수치해석적 방법을 미세 캡슐을 이용한 축열보드에 적용하여 2종류의 열경계 상태에 대하여 속도와 온도분포를 계산하여 비교분석을 하는 것이다. 온도는 축열 보드의 한 쪽면은 대류면이고 다른 한쪽면은 단열면인 경우(Case 2)보다 양면 모두 단열인 경우(Case 1)일 때 더 높게 상승하였다. 온수 파이프 중심선인 Y=0 에 가까운 영역에서 Case 1과 Case 2사이에 축열 보드 내에서 온도 차이는 확연하게 나타났다. 향후 수치해석의 정확도를 높이고 축열 보드의 열전달 현상을 보다 정확히 계산하기 위해서는 위치 및 시간에 따른 정밀한 온도 측정값이 필요하고 특히 잠열재인 미세 캡슐이 상변화를 하므로 온도 변화에 따른 물질의 비열(C$_{p}$)과 열전달율(λ)을 고려한 방정식이 요구된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권3호
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• pp.638-644
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• 2019

본 연구에서는 전산유체역학 해석을 이용하여 알루미늄 피라미드 트러스 심재 샌드위치의 열유동 특성을 분석하였다. 규칙적 다공질 금속인 피라미드 트러스 코어를 샌드위치 구조물에 채용할 경우 공기 매질이 자유롭게 유입, 유출될 수 있는 개방형 코어인 점을 고려하여 하중을 지지할 수 있는 구조성능과 함께 방열체로서 다기능성을 구현할 수 있는 구조가 된다. 따라서, 유입되는 공기의 속도변화, 설계변수인 트러스각에 따른 압력강하와 열전달 메카니즘을 확인하기 위해 ANSYS/Fluent를 이용하여 수치해석을 실시하였다. 해석모델에 사용된 샌드위치 패널은 알루미늄으로 이루어져 있으며, 샌드위치 패널의 위 면재와 아래 면재 사이에는 15개의 피라미드 트러스 유닛셀이 반복되고 있다. 폭 방향으로는 무한히 넓은 유닛셀을 모사하기 위해 대칭조건을 지정하였으며, 입구에는 균일한 속도분포를 경계조건으로 입력하였다. 해석결과 입구부와 첫 유닛셀까지의 구간에서 입구영향이 관찰되었으며, 입구영향을 배제하고 마찰계수와 누셀수를 분석하였다. 공기의 속도가 증가할수록 마찰계수는 감소하였으며, 누셀수는 증가하는 경향을 보인다. 한편, V=1m/s에서 5m/s에서의 마찰계수와 누셀수 변화가 확연하였으며, 이는 층류에서 난류로 유동패턴이 변하기 때문에 거시적으로 열전도보다 대류열전달의 비중이 커졌기 때문이다. 또한, 설계변수인 트러스각에 대해서는 의미가 있을 정도의 마찰계수와 누셀수의 변화는 관찰되지 않았다. 따라서, 트러스각이 강도, 강성 등 구조성능에 민감한 점을 감안하면 다기능성을 염두에 둔 알루미늄 피라미드트러스 심재 설계 시 설계변수의 변화는 구조성능에 더 민감할 것으로 판단된다.

• 태양에너지
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• 제13권1호
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• pp.22-30
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• 1993

본 연구(硏究)는 축대칭공기분류계(軸對稱空氣噴流界)에서 흐름방향(方向)에 수직(垂直)이 되도록 설치(設置)한 평판전열면상(平板傳熱面上)에서의 열전달(熱傳達)을 증진(增進)시키기 위해 공기분류(空氣噴流)에 선회(旋回)를 주었을때, 유동(流動)의 특성(特性) 및 전열면(傳熱面)에서의 전열증진효과(傳熱增進效果)와 이에 따른 난류강도(亂流强度)와 관계(關係), 그리고 선회(旋回)를 주었을때와 주지 않았을때와의 열전달율(熱傳達率)의 비교(比較)와 최적선회조건(最適旋回條件) 및 이에 대한 전열특성(傳熱特性)을 구명(究明)하기 위한 실험적(實驗的) 연구(硏究)이다. 본 실험(實驗)에서는 부가적(附加的)인 동력(動力)을 사용(使用)하지 않고 간편(簡便)하게 열전달(熱傳達)을 증진(增進)시키기 위한 방편(方便)의 하나로, 노즐출구(出口)에 Twisted Tape이 설치(設置)된 Pipe를 부착(附着)하여 공기분류(空氣噴流)에 선회(旋回)를 주었으며, Twisted Tape의 비틀림 각도(角度)에 따른 선회도(旋回逃)를 S=0., 0.056, 0.111, 0.167, 0.222로 하였다. 유속(流速)은 14, 20, 26, 32, 38, 44m/s의 조건(條件)으로, 전열면간거리(傳熱面間距離)(H/D)는 1에서 14까지 하였고, 열전달증진(熱傳達增進)을 일으키는 유동구조(流動構造)를 해석(解析)하기 위해 열선유속계(熱線流速計)를 사용(使用)하여 선회도(旋回度)에 따라 각점(各點)에서의 유속(流速) 및 난류강도(亂流强度)를 측정(測定)하였으며, 전열면(傳熱面)의 온도(溫度)를 측정(測定)하여 Nu를 구(求)하고 선회(旋回)를 주었을때와 주지 않았을때의 열전달증진효과(熱傳達增進效果)를 비교(比較)하였다. 또한 선회도(旋回度)에 따른 열전달(熱傳達)이 최대(最大)가 되는 최적거리(最適距離)를 제시(提示)하였으며 난류강도(亂流强度)와 열전달(熱傳達)과의 관계(關係)를 구명(究明)하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.235-242
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• 2017

능동 파괴 방호 구동제어기는 기계, 항공 및 군사 분야 등에서 사용될 수 있는 제어기로서, 상대의 비행물체를 능동제어를 통해 추적 타격하는데 사용된다. 구동제어기를 이용하여 목표지점까지의 정밀도를 갖고 동작이 유지되어야 하기 때문에, 이에 대한 신뢰성 확보가 대단히 중요하다. 이러한 구동제어기가 사용되는 주위 환경의 온도는 약 $-32^{\circ}C{\sim}50^{\circ}C$($241^{\circ}K{\sim}358^{\circ}K$)이다. 신뢰성을 갖기 위해 구동제어기에서 중요시 간주되는 문제 중의 하나는 구동제어기 내의 열 발생이 어느 한계수준($85^{\circ}C$($358^{\circ}K$))이하로 유지되어야 정밀도와 신뢰성을 확보할 수 있다는 점이다. 따라서 구동제어기 내의 열 유동특성에 대한 연구와 분석이 필요하게 된다. 본 논문의 수치시뮬레이션을 위해 저 레이놀드 수 $k-{\epsilon}$ 난류모델과 비압축성 점성 유동을 가정하였고, 상용 소프트웨어인 Solid-Works Flow Simulation을 사용하였다. 본 논문의 목적은 각종 칩이나 보드 등을 갖는 구동제어기 내부의 열 유동 특성을 해석하여 구동제어기의 안전한 설계를 하는데 있다. 해석으로부터, 보드들과 칩들의 온도분포가 어떤 한계 수준 이내에 있음을 보여준다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권10호
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• pp.618-627
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• 2016

본 연구는 정사각형 단면 $180^{\circ}$ 곡관 내의 유동특성을 파악하기 위해 RSM 난류모델을 이용하여 작동유체, 입구의 공기속도, 관내의 표면조도, 곡률반경 및 수력직경 등의 다양한 유동인자를 변경하여 각도 위치별 속도분포특성을 수치해석을 통하여 고찰하였다. CFD 해석시 경계조건은 공기와 물의 입구온도를 288 K, 293 K로 설정하였고, 입구의 공기속도, 관내의 표면조도, 곡률반경 및 수력직경은 각각 3~15 m/s, 0~0.001 mm, 2.5~4.5D, 70~100 mm로 적용하여 해석을 수행하였다. 그 결과를 정리하면, 작동유체의 유동특성은 유체의 점성력 차이로 속도분포가 크게 달라짐을 알 수 있었고, 곡관부 내에서의 최대 속도프로파일은 $90^{\circ}$ 단면위치에서 X/D=0.8 영역으로 나타났으며, $180^{\circ}$ 단면위치에서는 Y/D=0.8 영역으로 나타났다. 그리고 관내의 표면조도가 낮고, 곡률반경이 클수록 속도변화율은 크게 변하여 나타냈다. 또한 곡관후류의 직관부에서 유동편차가 안정화되는 직관거리는 L/D=30 영역에서 나타내어 유량 계측시 유효한 측정위치로 잘 제시할 수 있었으며, 수력직경에 따라 곡관후류 직관부의 표준편차특성은 동일한 유속일 때 최소의 편차영역은 대체로 직관거리 L/D=15~30 범위로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권5호
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• pp.476-482
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• 2009

본 논문에서는 Fluent의 Spalart-Allmaras 난류모델을 적용하여 연소실 내부에 설치된 핀틀 형상이 핀틀 추진기관 추력 크기에 미치는 영향을 수치해석으로 분석하였다. 핀틀이 존재하면 노즐목을 지나는 질량 유량율은 이론적으로 예측된 값 보다 항상 작았으며, 핀틀 직경이 커질수록 노즐목에서 경계층 두께가 차지하는 비율이 증가되어 노즐목의 질량 유량율이 더욱 감소하였다. 핀틀 직경이 커질수록 핀틀 팁에 나타나는 재순환 영역의 압력에 의한 추력은 증가하지만 노즐 및 연소실 압력에 의한 추력은 감소하여 총 추력은 핀틀 직경이 작은 것 보다 감소하였다. 핀틀 추진기관의 비추력은 큰 차이가 없었다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 2008년도 춘계학술 발표회
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• pp.179-186
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• 2008

현재 대부분의 산업용 열기관은 효율을 높이기 위하여 연소에 사용되는 공기를 예열하는 방법을 사용한다. 하지만, 산업용 열기관에서 평균적으로 발생되는 $1000^{\circ}C$ 이상의 배기가스는 일반 금속 열교환기에는 적합하지 않다. 이에 반해 세라믹 열교환기의 경우 고온에서 견디는 장점이 있다. 본 연구에서는 기본적인 열교환기 설계 이론을 이용하여 설계프로그램을 제작하였다. 또한 세라믹 열교환기 내 열 유체 거동을 CFD 상용코드인 FlUENT 6.2를 이용한 전산해석을 수행하여 설계결과를 비교 검증하였다. 설계 결과에서 휜의 형태 변화에 따라 열전달율과 온도구배는 무시할 수 있을 정도로 작았으나, 압력강하는 크게 변동되는 결과가 도출되었다. 제한된 모듈 크기에서 휜 간거리는 휜의 두께에 비해 약 3배 이상 클 경우가 적당하며, 판(plate)의 두께는 작을수록 압력손실이 적고, 열전달율이 상승하지만 두께가 너무 얇게 된다면 제작상의 어려움이 생긴다. 향후 연구에서는 단순한 구조에서 벗어나 off-set이나 판형구조를 고려하여 설계함으로서 열전달 면적을 넓히거나 난류유동을 발생시켜 열전달율을 높이는 연구를 진행 할 필요가 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제20권7호
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• pp.2289-2297
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• 1996

Flows in the combustion chamber near the spark plug are measured using LDv.A single cylinder DOHC S.I. engine of compression ratio 9.5:1 with a transparent quartz window piston is used. Combustion chamber shape is semi-wedge type. Measured data are analyzed using the ensemble averaged analysis and the cycle resolved analysis which uses FFT Filtering. Turbulent intensity and mean velocity are studied in the main flow direction and the normal to main flow direction as a function of engine speeds. The results shows that the turbulent intensity obtained by the ensemble averaged analysis is greater than that calculated by the cycle resolved analysis. Especially, the ensemble averaged analysis shows increase in turbulence at the end of compression stroke although the cycle resolved analysis shows increase only in the cycle-by-cycle variation with no noticeable increase in turbulence. The mean velocity in the main flow direction increase as engine speed increase. But the mean velocity normal to the main flow does not show such increase. Turbulent intensity in both direction increase in proportion to engine speeds. The magnitude of turbulent intensity is about 0.3 ~ 0.4 times the mean piston speeds at the end of the compression stroke.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권4호
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• pp.1503-1510
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• 2012

본 연구는 HVAC 시스템의 성능 개선을 위해 원심 임펠러의 블레이드의 중심각, 토출구의 길이와 같은 형상을 변화시켜 수치적으로 해석하였다. 임펠러 내의 속도장, 압력장, 난류 강도, 온도장을 계산하기 위하여 상용 CFD 코드인 FLUENT를 사용하였다. 시스템의 워밍업에 상관없이 히터 파워 레벨이 증가하면 임펠러 내 주위의 온도는 외기 투입시 온도가 증가하였지만 내기 순환 시에는 온도가 오히려 감소하였다. 결과적으로 성능 개선을 통한 $CO_2$ 감소는 블레이드 중심각 및 토출구 길이의 변화를 통한 유속 및 유량의 변화를 통해 이룰 수 있었다.