• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.70-70
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• 2016

하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 바닥전단응력은 매우 중요하다. 예를 들어, 호안 등 시설물의 허용 소류력을 계산하거나, 하천의 유사량을 예측하는 데 있어서 바닥전단응력이 기준으로 쓰인다. 정상 등류의 경우, 수로 내 수체에 작용하는 중력과 수로 바닥 및 측면에 작용하는 마찰력의 평형을 고려함으로써 바닥전단응력을 산정할 수 있다. 본 연구에서는 식생을 제외한 아크릴수로에서의 전단판의 움직임을 이용한 바닥전단응력 측정장치를 설계, 교정 및 검증을 실시하였다. 이 전단판은 수체와 바닥면에서 발생하는 마찰력에 의해 변위가 발생하고 이 변위를 바닥전단 응력으로 산정하였다. 직접 측정한 바닥전단응력은 기존에 연구된 두 가지 방법과 비교하여 검증하였다. 비교 검증을 위한 실험은 폭 0.3 m, 길이 10 m인 고속수로에서 Froude수 1이상, Reynolds수 20000이상의 사류이면서 난류인 상태로 실험을 진행하였으며 유속은 PIV을 이용하여 측정하였다. 비교 검증을 위한 첫 번째방법은 Reach-avrage공식을 기초로 manning의 평균 유속 공식을 이용한 바닥전단응력을 산정하는 방법으로 일반적으로 간단한 경험식을 이용하여 바닥 전단응력을 산정하는 방법이다, 두 번째는 Reynolds stress를 산정하는 방법으로 PIV를 통해 흐름방향의 연직프로파일의 유속을 측정 한 후 레이놀즈 분해법에 의해 산정된 난류 강도를 측정하여 Reynolds stress를 산정한 후 Shear stress를 산정하는 방법을 사용하였다. 마지막으로 본 연구에서 가로 0.14 m, 세로 0.14 m의 전단판으로 구성된 바닥전단응력 측정장치를 개발하여 실험을 진행하면서 앞에서 언급한 두가지 방법을 측정하는 동시에 장치를 이용하여 바닥전단응력을 직접측정하여 총 3가지 바닥전단응력을 비교하였다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제1회(2012년)
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• pp.69-72
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• 2012

본 연구에서는 정사각형으로 모델링된 실린더 주위에 균일한 유동이 흐를 때 나타나는 이차원 난류 유동을 분석하였다. EDISON-CFD를 이용하여 정사각 실린더 표면에서의 전단응력 분포 및 유동 현상을 시뮬레이션 하였다. 선행 연구 결과의 $\bar{C_D}$, ${C_L}^{\prime}$ 값과 비교하여 결과의 유효성을 검증하였다. 또한, 비정상 층류 유동(Re=100)과 비교하여 난류 유동(Re=22,000)의 특성을 분석하였고, 와 흐름에 의하여 정사각 실린더 표면이 받는 전단응력을 자세히 분석하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제27권2호
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• pp.189-202
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• 1995

계면 전단응력이 있을 때와 없을 때 가열 또는 응축되면서 하강하는 난류액막의 열전달 계수를 예측하기 위한 개선된 방법을 제시하였다. 특히 큰 계면 전단응력이 있을 때 하강하는 난류액막에 적용할 수 있도록 Mudawwar와 El-Masri의 준 실험적 난류모델을 수정하여 Yih와 Liu가 제안한 통합적 접근방법에 사용한 와류점성모델대신에 사용하였다. 광범위한 크기의 계면전단응력에 대해 액막 레이놀즈 수 대액체막 두께 및 접근적 열전달 계수를 개선된 방법과 다른 여러 기존 방법으로 예측하여 실험값들과 비교하였다. 그 결과 일반적으로 수정한 모델과 예측한 값이 다른 기존 모델로 예측한 값보다 실험 치와 더밀접하게 일치하는 것을 보여주었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권8호
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• pp.707-717
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• 2016

본 연구에서는 직선 개수로 내에 설치된 수제 모형 주위에서 발생하는 난류 흐름의 특성을 알아보기 위하여 수리모형실험을 수행하였다. 실험은 Froude 수가 0.100과 0.185인 두 가지 흐름 조건에서 이루어졌다. 시간평균유속과 난류 응력을 구하기 위하여 초음파 유속계를 이용하여 3차원 순간 유속을 측정하였다. 실험 결과, 수제 하류에서 난류 응력이 큰 재순환 영역이 존재하는 것으로 확인하였다. Froude 수가 큰 경우와 작은 경우의 전반적인 평균 유속 분포는 유사하게 나타났으나, 최대 무차원 난류 응력과 최대 무차원 바닥 전단응력은 Froude 수가 증가할수록 차이를 보였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제16권12호
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• pp.2349-2357
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• 1992

본 연구에서는 일정한 조도의 거친 평판이 갑자기 매끈한 평판으로 변할 때 (Fig.1 참고) 평판 위에서 발달하는 난류경계층에 관하여 연구하였다. 이때 하류에 서 난류 경계층은 위에서 설명했듯이 완전히 발달한 난류 경계층과는 상당히 다르다. 특히 대부분의 난류 모델은 완전히 발달된 평형상태의 경계층에서의 실험자료를 이용 하여 개발되었기 때문에 이러한 과도 구역에서 합리적으로 적용되기가 어렵다. 과도 구역에서 평균속도와 난류 특성치를 체계적으로 계측하기 위해서는 전단응력을 직접 계측하는 것이 중요하다. 그러나 아직 전단응력을 직접 계측한 연구는 없는 실정이 다. 본 논문에서는 최근에 제안된 CPM(computational preston tube method)를 이용 하여 과도지역에서 전단응력을 직접 측정하여 난류 경계층의 구조를 연구하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.399-403
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• 2004

생태 수리학적 측면에서 수질 개선에 기여하는 깔따구들이 흐름 구조에 따라서 어떻게 분포하는지를 파악하기 위해 수리 실험을 수행하였다. ADV로 유속을 측정하였으며, 자기 다른 유속 조건하에서 유기물질과 깔따구들을 투입하였다. 취득한 유속자료를 이용하여 흐름구조를 파악하였으며, 난류특성인 난류 전단응력을 분석하였다. 유기물질과 깔따구들은 상대적으로 유속이 느리고 전단응력이 작게 나타나는 지점에 분포하였다. 깔다구들이 굴을 파고 서식을 하였더라도 흐름에 의해 서식처가 옮겨짐을 확인 하였으며, 서식처 역할을 할 수 있는 반구 구조물 주위에 서식하였다. 유기물질의 퇴적 및 깔따구들의 서식은 주로 흐름 방향 유속 분포에 영향을 받으며, 이차류도 이것들의 분포에 중요한 역할을 하고 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권8호
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• pp.829-837
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• 2012

벽면 난류의 항력과 밀접한 관련이 있는 유동구조를 조사하기 위해 $Re_{\tau}$ = 180, 395, 590 의 난류채널유동에 대한 직접수치모사를 수행하였다. 확률밀도함수를 조사하여 레이놀즈 전단응력에 가장 큰 기여를 하는 Q2 이벤트를 파악하였으며 Q2 이벤트의 각도의 변화가 $y^+<50$ 에서는 벽 단위로 스케일링되며, y/h > 0.5 에서는 채널의 높이로 스케일링 됨을 확인하였다. Q2 이벤트를 조건으로 하는 조건부 평균 유동장을 조사하여 레이놀즈 전단응력의 발생과 관련이 있는 유동구조는 주 유동방향의 보텍스 및 헤어핀 형상의 보텍스임을 보였다. 또한, 순간 유동장을 관찰하여 높은 레이놀즈 전단 응력의 분포가 이러한 보텍스 구조와 관련이 있으며 1.5 ~ 3h 의 크기를 갖는 대형유동구조를 구성함을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제9권2호
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• pp.97-104
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• 2005

많은 장점에도 불구하고 유동함수를 이용한 수치해석용 격자생성 좌표변환기법의 단점은 저속영역에서의 격자간격이 고속영역에 비해 상대적으로 큼에 따라 수치적 처리에 많은 오차를 내포하고 있다는 점이다. 본 연구에서는 이러한 저속영역에서의 단점을 보완하기 위하여 격자간격을 속도크기 및 영역에 따라 적절히 조절할 수 있도록 수학적으로 변형된 압축성 유동함수를 이용한 좌표변환기법을 제안하고 가스터빈엔진에 주로 적용되는 유동모델로서 동심원상 두개 이상의 난류제트혼합유동에 대해 적용하였으며 해당 실험치, 즉 축 방향 평균속도분포, 난류운동에너지, 그리고 난류전단응력분포와 비교하여 난류운동에너지가 약간 과소평가 된 대칭축을 제외한 혼합경계층 내에서 $3.5\%$ 이내의 신뢰성을 확보하였다. 본 기법은 특히 터보팬엔진에 대한 내부흐름들의 혼합유동을 규명하거나 또는 난류전단응력에 의한 제트소음발생 및 저감방법을 도모하는데 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.14-14
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• 2021

개수로에서는 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 관수로에 비해 상대적으로 매우 작고, 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측면에서만 작용하게 된다. 이러한 평균 전단응력 개념은 흐름에 의해 경계면 구성재료가 이동하는 이동상 수리학에서 유사이송 능력을 해석하는 기준이 되며, 경계면의 전단응력은 힘으로 표시하여 통상 소류력이라 한다. 이러한 복잡한 유체거동은 하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 구성재료의 보호능력에 따라 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있다. 국내 하천의 경우 한계유속과 한계소류력에 의해 하천설계에 적용되고 있다. 한계 유속의 경우 간단한 수식에 의해 산정될 수 있지만 실제 하천의 보호능력을 대표하기는 힘들기 때문에 한계소류력이 동시에 고려되어야 한다. 한계소류력은 개수로 흐름에서 복잡하게 발생하는 이차류나, 난류 특성에 의해 산정하거나 예측하기는 매우 어렵다. 한계 소류력 뿐만 아니라 하천을 구성하는 재질의 조도계수 역시 균일하지 못하고 매우 예측하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 이러한 복잡한 양상을 나타내는 수리학적 요소에 대해 표준화된 실험수로에서 실험을 통해 평가하고, 체계화된 설계 지침이 되고자 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 경사를 가지는 경사수로와 경사의 영향에서 자유롭게 평가를 진행하고자 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하였다. 본 연구에 사용된 장치는 난류유속 u', v'을 이용하여 Reynolds stress산정하여 Total shear stress를 추정하는 기법을 사용하여 검증하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권2호
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• pp.147-157
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• 2022

후향단차 수공구조물의 모서리에서는 흐름분리가 발생하며 이로 인해 형성되는 전단층과 재순환 흐름 영역에서의 흐름은 복잡한 난류가 지배적이다. 물리적으로 안정하면서 성능이 보장되는 구조물 설계를 위해서는 이러한 난류 흐름의 거동을 정확하게 예측하고 분석하는 것이 중요하다. 이 연구에서는 공학적으로 널리 이용되고 있는 대표적인 난류 모형인 k-ω SST 모형과 RNG k-ε 모형을 이용한 3차원 RANS 계산을 통해서 개수로에 설치된 후향단차를 통과하는 난류 흐름을 레이놀즈 수 23,400과 후르드 수 0.22의 조건에서 수치모의하고, 해석 결과를 기존 실험자료와 비교 분석하여 수치해석의 성능을 평가하고자 한다. 두 가지 난류 모형을 이용하여 구한 평균유속 분포를 보면 모두 경계층에서 관측된 실험값을 양호하게 잘 재현하는 것으로 나타났다. 재순환 영역 상부에서 계산된 평균유속을 보면 RNG k-ε 모형이 k-ω SST 모형보다 중앙부에서의 유속을 약 5% 정도 크게 계산하는 것으로 나타났다. 난류 통계량 관점에서 보면 두 난류 모형 모두 단차 모서리 직하류에서 흐름 분리로 인해 발생하는 레이놀즈 전단응력을 현저히 과소산정하는 한편, 재부착점 하류에서는 실험값을 상대적으로 양호하게 재현하는 것으로 나타났다. RNG k-ε 모형은 수로 바닥 부근 경계층에서의 전단응력 분포를 k-ω SST 모형보다는 우수한 정확도로 실험값을 계산하는 반면에 접근수로 경계층에서 그리고 단차 하류부에서는 경계층 상부에서 전단응력을 과대 산정하는 것으로 나타났다.