• 대한기계학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.967-976
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• 1994

A tensor invariant model equation for the turbulent energy dissipation rate is proposed in the present study, which is able to simulate secondary straining effects such as curvature effects without the introduction of additional empirical input. The source term in this model has a combined form of the generation term due to the mean vorticity with the conventional one due to the mean strain rate. An extended low-Reynolds-number $k-\epsilon$ turbulence model involving this new model equation is tested for a turbulent Coutte flow between coaxial cylinders with inner cylinder rotated, which is a well defined example of curved flows. The predicted results indicate that the present model works much better for this flow, compared with previous models.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.136-136
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• 2019

원형 실린더를 주변 흐름에 관한 연구는 오랜 기간 유체역학 전 영역에서 모형실험이나 수치모형으로 광범위하게 연구되었다. 이 흐름은 하천의 교각이나, 바다의 시추선과 같은 수공구조물 주변에서 관측된다. 난류와 와류가 공존하는 복잡한 특성 때문에, 이 흐름은 수공학에서 유사이송, 세굴, 오염물 확산 등에 영향을 준다. 본 연구는 실험실 수로에 설치된 원형 실린더(D=9cm) 후방의 근접 와류 구간에서(x/D<5) 유속을 ADV로 측정한 후, 난류 특성을 Power Spectral Estimation(PSE)와 Singular Spectral Analysis(SSA) 방법으로 연구하였다. PSE는 샘플 스펙트럼의 한계를 보완하고자 자료를 분할하고, window 함수를 적용하여 ensemble 평균을 구하는 경험적 방법이다. PSE를 이용하여 스펙트럼을 계산한 결과, 주 흐름 및 횡방향 흐름은 Inertial subrange에서 Kolmogorov의 가정과 일치하는 추세를 보였다. 그러나 수심방향 흐름의 스펙트럼은 -5/3보다 빠르게 감소하는 추세를 보였다. Inertial subrange 스펙트럼에서 난류 에너지 소산율은 원형 실린더에서 멀어짐에 따라 감소하는 추세를 보였고, 주 흐름방향과 횡방향 흐름은 비슷한 크기를 보였다. 난류 에너지 소산율과 동점성계수를 이용하여 Kolmogorov 길이, 유속, 시간 스케일을 계산했다. 난류의 운동에너지를 계산하기 위해 Triple decomposition 방법 중 하나인 SSA를 적용하였다. SSA는 유속행렬을 이용하여 고윳값과 고유벡터를 계산하고, 유속에서 기여도가 큰 부분을 추출하는 방법이다. SSA를 통해 실린더 후방 흐름에서 와류 성분과 난류 성분을 나누었다. 횡방향 흐름은 강한 와류로 큰 기여도를 갖는 고유벡터가 나타났지만, 주 흐름과 수심방향 흐름은 상대적으로 낮은 기여도를 갖는 고유벡터가 나타났다. 와류를 제외한 흐름에서 난류 운동에너지는 실린더와 멀어짐에 따라 감소하고, 흐름 중앙에서(y/D=0) 가장 큰 값을 보였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제13권5호
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• pp.39-48
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• 2019

회전-고정자 혼합기 내의 난류 유동은 고속으로 회전하는 회전자와 고정자의 상호작용에 의해 발생되는 전단특성을 기반으로 한다. 본 연구에서는 유화연료 관련 회전-고정자 혼합기 시제품 모델에서 회전자와 고정자간의 상호작용에 의한 비정상상태 유동 특성 분석을 ANSYS FLUENT $k-{\varepsilon}$ (RKE) 난류 모델을 MRF 및 SMM에 적용하여 수행하였다. 회전자와 고정자의 경계에서 발생하는 유동 입자들의 거동과 전단 특성 그리고 설계 파라미터에 따른 속도분포와 난류와류소산 등의 경향을 전산유체역학 해석을 통해 예측 비교하여 모델의 효율성을 검증하였다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제12권4호
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• pp.390-399
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• 2007

하계 동중국해 북부 대륙붕 해역에서 해수 혼합을 연구하기 위하여 2005년 8월과 2006년 8월에 한국해양연구원 연구선 이어도호를 이용하여 해수 물성 및 난류 관측을 수행하였다. 유속 변형으로부터 산출한 난류운동에너지 소산율은 표층에서 $10^{-7}{\sim}10^{-4}$, 저층에서 $10^{-7}{\sim}10^{-6}$와 수온약층에서 $10^{-7}$ W/kg의 높은 값이 나타났다. 관측 자료는 표층의 경우 바람에 의해 지속적으로 혼합이 이루어짐을 보여주었다. 수온약층 하부에서의 높은 소산율은 내부파의 영향으로 판단된다. 저층의 높은 소산율은 저층의 탁도 분포의 경향과 일치하여 조류에 의한 해저면층 교란의 결과임을 시사해주었다. 바닥에서의 연직확산계수는 낮은 안정도와 높은 난류상태의 복합적인 영향으로 $10^{-3}{\sim}10^{-2}m^2/s$로 높은 값이 나타났다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제6권1호
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• pp.31-39
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• 2001

연소실 안으로 분출되는 스월 유동의 vortex breakdown mechanism에 대한 연구를 하였다. 3차원 유한 체적기법과 Runge-Kutta 시간 적분법이 적용되었으며, 난류모델은 dynamic large eddy simulation (DLES)이 적용되었다. 계산 시간의 효율성과 기억용량을 효과적으로 사용하기 위하여 message passing interface (MPI) 병렬계산 기법이 적용되었다. 스월 난류 유동에 있어서 vortex breakdown 거동을 가시적으로 표착 하였는데, 이는 스월 유동에 의한 난류 응력 증대, 난류 생성/소산율 증대 및 혼합율 증대에 대한 실험적 근거를 뒷받침하는 매우 중요한 결과이다. 또한 평균 속도와 난류 운동에너지에 대한 계산 결과도 실험 결과와 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.171-171
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• 2022

난류 수체에서 관성입자의 침강속도는 정지 수체에서보다 빠르고, 그 침강속도의 증가비율은 입자의 관성력과 난류의 길이 스케일에 큰 영향을 받는다고 알려져 있다(Wang and Maxey, 1993; Yang and Shy, 2003; Wang et al., 2018). 본 연구에서는 개수로 흐름에서 난류의 영향을 받는 관성입자의 침강속도를 측정하고, 정지 상태의 침강속도에 대한 침강속도의 증가비율과 난류 인자의연관성에 대해 조사하였다. 실험에 사용된 관성입자는 비중 1.35, 직경 300 ㎛에서 2000 ㎛까지의 구형 플라스틱(PE; polyethylene) 입자이며, 해당 입자들의 침강속도는 PTV(particle tracking velocimetry) 방식을 통해 측정하였다. 그리고 PIV(particle image velocimetry) 기법을 통해, 개수로 흐름의 난류 에너지 소산율(energy dissipation rate, ϵ)과 그에 따른 Kolomogorov 길이 스케일을 측정하였다. 실험 결과, 모든 직경 조건에서 플라스틱 입자는 난류 흐름에서의 침강속도가 정지 수체에서의 침강속도보다 빠름을 보였으며, 그 비율은 입자 직경이 난류의 길이 스케일과 유사하거나 작아질 때 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 유체 내에서의 관성입자의 거동에 대한 이론식과 비교하여 관성입자의 침강에 미치는 여러 힘들의 상대적 관계를 파악하였다. 본 연구의 결과는 자연 수체에서 미세플라스틱의 거동을 이해하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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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.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2000년도 춘계 학술대회논문집
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• pp.107-112
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• 2000

연소실 안으로 분출되는 스월 유동의 vortex breakdown mechanism 에 대한 연구를 하였다. 3 차원 유한 체적기법과 Runge-Kutta 시간 적분법이 적용되었으며, 난류모델은 dynamic large eddy simulation (DLES)이 적용되었다. 계산 시간의 효율성과 기억용량을 효과적으로 사용하기 위하여 message passing interface (MPI) 병렬계산 기법이 적용되었다. 스월 난류 유동에 있어서 vortex breakdown 거동을 가시적으로 표착 하였는데. 이는 스월 유동에 의한 난류 응력 증대, 난류 생성/소산율 증대 및 혼합율 증대에 대한 실험적 근거를 뒷받침하는 매우 중요한 결과이다. 또한 평균 속도와 레이놀스 응력에 대한 계산 결과도 실험 결과와 비교하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1998년도 제11회 학술강연회논문집
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• pp.38-38
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• 1998

원기둥을 지나는 초음속 유동장은 재순환, 재접합, 유동 박리, 팽창파동이 발생하는 복잡한 유동장이며, 비행체의 성능개선을 위해서 이해되어야 한다. 난류 에너지를 지배하는 방정식에는 압축성 유동장의 경우 압력 팽창항, 팽창 소산항, Favre 속도에 의한 영향 등의 수정항이 첨가되어야 한다는 연구 결과가 나오고 있다 본 연구에서는 밀도변화에 따른 영향이 적은 것으로 알려진 k-$\omega$ 보형에 압축성에 대한 수정항을 첨가하여 유동장을 모사하여 비교하였다. 수정항의 첨가로 인하여 나온 결과를 얻을 것으로 예측되었으나 k-$\omega$ 모형에 수정을 가한 경우 수정하지 않을 경우에 비해 좋지 않은 예측을 하는 결과가 나왔다. 이는 압축성 난류 유동을 위한 수정항의 사용이 기지부 근처의 유동을 모사하기에는 부적합함을 보이며, 압축성 난류 유동에 대해서 보다 근본적인 이해가 필요함을 보여주고 있다

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.98-98
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• 2022

도수는 사류가 상류로 천이되며 흐름이 불연속적으로 변하는 현상이다. 도수는 롤러와 벽 제트와 같은 흐름이 발생하는 영역으로 구분되며 큰 에너지 손실을 발생시키므로, 보나 댐과 같은 수리시설물에서는 에너지 소산을 위한 목적으로 도수를 발생시킬 수 있다. 도수구간 중 롤러 영역에서는 공기가 유입되어 복잡한 3차원 2상 흐름을 발생시키므로 공기방울의 거동에 대한 정밀한 모의는 매우 중요한 것으로 평가된다. 그러나 현실적으로 롤러 영역에서의 작은 공기방울까지 재현하는 것은 어려운 일이다. 본 연구에서는 k-ω SST 난류모형을 이용하여 수문 아래에서 발생하는 자유도수를 수치모의하고 연행된 공기량에 대한 특성을 검토하였다. 롤러 영역에서 격자의 해상도를 다르게 하여 도수구간 내 공기의 체적비와 공기방울의 크기 및 공기방울의 거동을 분석하였다. 실내 실험자료에 난류모형을 적용하고 그 결과와 비교하여 모의 결과의 적정성을 확인하였다. 또한 도수구간에서 공기방울 거동의 정밀한 모의가 평균흐름 및 난류량의 종방향 변화에 미치는 영향을 검토하였다.