• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.100-100
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• 2022

일반적으로 유체와 구조물간 상호작용의 수리동역학적 모의에서는 벽경계조건을 통하여 유동에 대한 구조물의 영향이 반영된다. 하지만 도심지에서 발생한 홍수를 예측하려는 경우 이러한 방법으로는 밀집한 구조물들 사이에 형성된 좁은 길들로 인하여 세밀한 격자망을 요하여 큰 계산량을 유발하고 빠른 예측 속도를 기대할 수 없게 한다. 최근 이러한 문제를 극복하기 위해 성긴 격자망에서도 구조물의 유체에 대한 영향을 반영할 수 있도록 하는 방법들이 큰 관심을 받고 있다. 그 중에서도 다공성 천수방정식은 벽경계조건 대신 다공도(posority)의 개념을 이용한 모형으로 도시범람모의에 있어 계산량과 정확도를 가장 적절하게 타협한 모형으로 보고되고 있다. 이러한 흐름에 맞추어 본 연구는 다공도 천수방정식을 해석하는 수치 기법을 개발하였고, 여기에 최근 쌍곡선계 방정식의 수치적 연구들에서 소개된 주요 특징들이 반영되도록 설계하였다. 우선, WENO 기법과 Runge-Kutaa 기법을 통하여 공간과 시간에 대한 고차 정확도를 만족시켰다. 이 때, 재구성 변수와 알고리즘를 새롭게 제시하여 정상흐름조건에 대한 플럭스항과 생성·소멸항간 절단오차에 의한 비물리적인 흐름생성을 억제하였다. 또한, 수치모의 중 음수심의 발생으로 인하여 수치모형이 불안정해지는 현상을 막기 위해, 양-보존성 제한자를 구축하였다. 마지막으로 도심지에서 즐비한 인위적인 구조물에 의해 나타나는 지형적인 불연속의 효과를 적절하게 반영할수 있도록 정상파 재구축의 단계를 구축하여 수치 기법에 반영하였다. 이렇게 구성된 수치기법은 리만문제의 해석해에 기반하여 기존의 주요 연구들의 결과와 비교되었고, 그 결과 본 연구의 방법이 정확성, 수렴성, 안전성의 측면에서 가장 우수함을 수치적으로 증명하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제30권4호
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• pp.317-323
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• 2024

STCW 협약 A-VI에 의거, 승선 필수 증서를 발급받기 위해 소화 과정 최저 훈련 이수를 거치게 되는 공간이 수소화 훈련장이다. 선박 화재의 상황과 유사한 장소에서 발생한 화재 진압 훈련을 위한 실습 장소의 특성상, 재실자의 안전을 보장할 수 있는 운영을 위해 안전성을 수치화하여 평가하고 기준을 수립하는 연구의 필요성이 대두되었다. 화재 안전 평가를 위해 FDS를 기반으로 한 Pyrosim을 활용하여 제연설비 유무에 따른 Case를 설정, vector의 분석을 통한 연기 유동 및 열기에 대한 평가를 수행하였다. 피난 안전평가는 Pathfinder를 통해 허용 피난시간, 총 피난시간을 수치화된 결과로 해석, 비교하여 안전성을 분석하였다. 각 Case에 대한 안전성을 평가함으로 제연설비별 기능의 적정성을 수치, 시각적으로 나타내었으며, 현재 운영 상태는 안전성이 양호한 것으로 평가하였다. 집진설비가 정지한 비상상황은 각 피난시간과 111.2초의 여유시간으로 나타내어 수소화 훈련장의 비상상황에 대한 피난시간의 기준으로 활용할 것을 제시하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제18권3호
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• pp.200-208
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• 1986

원자로 냉각 계통의 배관 파열에 근거한 냉각재 상실 사고를 방출계수 0.4에 대하여 분석하였다. 분석은 원자로 냉각계통의 배관 파열에 의하여 발생된 감압부터 노심 복구까지의 전 과도 상태를 포함한다. 계통 열수력과 핵연료 성능 평가를 위하여 BLOWDOWN 단계에서는 RELAP4/MOD6-EM 코드와 RELAP4/MOD6-HOT CHANNEL 코드를 사용하였으며 REFLOOD 단계에서는 RELAP4/ MOD6-FLOOD 코드와 TOODEE2 코드를 각각 사용하였다. LOWER PLENUM 충전을 고려하기 위하여 DOWNCOMER에서 증기-물역방향 유동과 과열벽효과를 근사하여 간단한 해석적 모델이 개발되었다. EOB 발생시의 정보를 근거로 하여 재충전지속 시간과 초기 복구 온도가 계산되었으며 RELAP4/MOD6에 의한 분석결과와 비교하여 상당한 일치를 보였다. 또한, 조기 EOB 발생에 영향을 미치는 계통변수의 연구가 수행되어졌다. DOWNCOMER와 UPPER HEAD사이의 마찰손실이 조기 EOB 발생에 지대한 영향을 미쳤으며 적당한 마찰손실계수의 선택을 통하여 조기 EOB 발생을 방지할 수 있었다. 노심 nodalization이 여섯 개인 경우와 세 개인 경우의 분석 결과가 계통열수력학적 면에서 유사한 결과를 나타내지만, 좋은 결과를 얻기 위하여 전자의 경우가 요구된다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.54-54
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• 2017

본 연구는 무인 헬리콥터의 양력을 개선하기 위한 기초 단계로서 V1505A 및 V2008B 기본 두 익형의 400 mm 블레이드 섹션에 해당하는 모델에 대한 풍동실험을 실시하여 양력, 항력 및 동력특성을 분석하고 CFD 시뮬레이션의 결과와 비교하고 검증하였다. 시뮬레이션은 풍동 실험과 유사하게 설정하기 위하여 400 mm 블레이드 섹션의 양 끝을 벽으로 제한하여 3차원 와류현상을 억제하여 모델을 구성하였고, 시뮬레이션의 결과와 비교하여 모델을 검증하였다. 사용된 모델은 로터로부터 $Re=0.32{\times}10^6$ 영역까지는 aminar 모델을 사용하였으며, 그 이후 영역역(>$Re=0.32{\times}10^6$)은 양력 및 저항의 급격한 변화를 올바로 포착할 수 있다는 S-A 모델을 적용하여 확장하였다. 시뮬레이션의 격자는 유동 현상에 있어 박리로 야기된 와류 현상을 관찰하기 위하여 익형 주변에 접하는 부분에 격자를 집중시켰다. 시뮬레이션 방법은 유속은 36~141 m/s 까지 5 수준으로 하였으며, 받음각은 $0{\sim}16^{\circ}$로 7 수준으로 변화 시키면서 공력계수 및 동력을 분석하였다. 양력분석에 있어 익형 V1505A에 비해 익형 V2008B의 특성이 우수하였으나, 익형 V1505A는 실속 이후 양력이 급격히 떨어지지 않고 유지되는 특성을 보였다. 익형 V2008B는 낮은 받음각에서 높은 공력과 낮은 항력을 나타냈다. 동력 분석 결과로 익형 V1505A의 유도동력은 총 동력의 56~72%를 차지하고, 형상동력은 총 동력의 27~43%를 차지하였다. 익형 V2008B는 유도동력은 총 동력의 66~81%를 차지하고, 형상동력은 총 동력의 18~33%를 차지하였다. 익형 V2008B이 익형 V1505A보다 유도동력은 크며, 형상동력은 적게 나와 상대적으로 효율적이라 할 수 있다. 헬리콥터 동력원의 규모는 법률적인 총중량에 의하여 제한되므로 일반적인 농용 소형 무인 헬리콥터 엔진의 사양인 24.5 kW (32PS)를 적용한다면, 익형 V1505A은 받음각 $8{\sim}10^{\circ}$에서 그리고 익형 V2008B은 $7{\sim}9^{\circ}$정도에서 받음각이 제한되며 이때 총 양력은 1200~1300 N 정도로 예상된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권11호
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• pp.767-773
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• 2017

인쇄기판형 열교환기는 금속박판에 유체의 유로를 형성하여 고온고압 환경에서 금속분자의 확산을 이용하여 접합하는 방식으로 제작하므로 고온고압 유체의 열교환에 유리한 장점을 가지고 있다. 또한 금속박판에 유로를 미세하게 식각하여 형성시킬 수 있으므로 단위체적당 전열면적을 크게 할 수 있어 열교환 집적도가 향상되어 고효율의 열전달 효과를 낼 수 있다. 집적도를 향상시키기 위해서는 금속부분을 줄일수록 유리하나 미세채널 내에 고압 유체가 흐르게 되면 압력에 의한 변형이 발생할 수 있으므로 채널간 금속박판의 변형이 일어나지 않도록 채널 형상 및 구조를 설계하여야 한다. 또한 미세채널이 모여서 배관으로 연결되는 헤더 부분의 내압설계도 중요하다. 본 연구에서는 기존 내압규격을 이용하여 운전 조건에 따라 인쇄기판형 열교환기를 설계할 수 있는 방법론을 제시하고 유동조건에 따른 전산해석을 통하여 설계 결과를 검증해 보고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권2호
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• pp.962-969
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• 2013

본 연구에서는 전산유체역학(CFD)를 이용하여 흄후드(fume hood)의 기류 유입특성 및 유속 분포를 평가하였다. 또한, 후드 개구면을 균일류 형성에 필요한 구조로 개선하였을 경우의 유동 특성을 예측하여 개선 효과를 검증하였다. 기존의 흄후드의 제어유속을 평가한 결과, 제곱평균(RMS)값과 비교했을 때 최대 23~30%의 편차가 있음을 확인하였다. 또한, 후드의 상부 유속이 하부 유속보다 58~68% 정도 빠른 것으로 나타나 후드 개구면에서의 유속 불균형이 매우 심한 것으로 평가되었다. 이에 후드 개구면에서의 균일한 배기흐름을 유지하기 위해 후드를 개선(안쪽벽에 배플 설치 및 슬롯 타입의 개구부 설계)한 결과, RMS값 대비 최대 7%의 편차를 보였으며 구간별 유속 편차는 최대 12% 정도로 예측되어 기존 구조에 비해 제어유속의 불균형이 많이 해소되는 것을 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권2호
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• pp.230-237
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• 2011

본 연구에서는 혈관 내 인공 폐(intravenous lung assist device)를 개발하기 위하여 CFD를 사용하여 새로운 형태의 인공 폐 모형에 대한 유체의 흐름 특성을 모델링하였다. 모델링을 위하여 중공사(hollow fiber)는 무시하였으며 vertical type과 tangential type이 모델로 사용되었다. 유체의 흐름 특성을 예측하기 유체의 입출구로 1개로 하였을 때와 2개로 하였을 때 그리고 입출구를 관의 중심부(vertical)와 관 벽의 접선방향(tangential)에 위치하였을 때의 흐름 특성을 파악 하였다. 실험 결과, tangential type과 같이 원통의 접선 방향으로 유체의 입구와 출구를 설정할 경우 vertical type에서 나타나는 흐름이 없는 영역(정체층)을 제거할 수 있었다. 또한 tangential type은 와류형태의 흐름이 지배적이며 한쪽으로 편중된 흐름이 아닌 복잡한 형태의 흐름이 발생하는 것으로 나타났다. 또한 유체의 입출구가 2개일 때 유체가 편중된 흐름이 발생하지 않고 관 전체에 복잡한 형태로 흐름이 발생하는 것으로 나타났다. 실험 결과를 통하여 우리는 유체가 유입되는 입구와 출구가 tangential type이며 각각 2개일 때 유체의 흐름이 복잡하며 정체층이 발생하지 않는 흐름이 발생한다는 것을 확인할 수 있었다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제23권6호
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• pp.467-475
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• 2002

가온 프로브를 사용하여 직장을 통한 온열치교법이 비침습적 전립선치료의 한 방법으로 사용되고 있으나 직장벽 내에서의 과도한 온도에 의한 가열은 장점막의 손상을 입힐 뿐만 아니라 전립선 전체를 적절한 온도까지 가열하기가 어렵다고 알려져 있다. 따라서 전립선과 온열치료 시스템 사이에서 일어나는 열전달 메카니즘에 관한 보다 정확한 이해가 요구된다. 본 연구에서는 전립선 표면에 가해진 냉.온 자극이 전립선 내부의 온도 분포에 미치는 영향을 수치해석을 이용하여 검토하였다. 유한체적 프로그램인 "FLUENT"를 사용하여 비정상상태의 열전도방정식을 해석하여 전립선 내의 시간에 따른 온도분포를 고찰하고, 가열 및 냉각시간, 가열 및 냉각온도 등이 전립선 내부의 온도분포와 온열효과가 전달되는 영역을 규명하였다. 온열 치료법(40~45$^{\circ}C$)에 의해 온열효과가 나타나는 전립선의 내부 영역을 가시화하고, 가열/냉각의 반복 자극이 전립선의 온도분포에 미치는 영향을 조사한 결과 통상적인 온열 치료법에 의한 온열효과는 전립선의 낮은 열전도도의 영향에 의해 전립선의 일부 영역에만 도달되는 한계를 보였다. 가열/냉각의 냉.온 자극을 반복하면서 열적 자극효과를 고려한 냉.온 치료시스템을 개발하기 위하여 냉.온 자극 온도와 시간이 전립선 내부에 미치는 열전달 메카니즘을 고찰하여 원하는 자극주기와 전립선 내부 온도자극 정도를 설정하기 위한 유효한 자극패턴을 제시할 수 있는 기초자료를 획득하였다. 또한, 전립선 조직내부를 통과하는 혈액의 유동이 조직의 온도분포 및 열전달에 미치는 영향을 검토한 결과 냉온 자극 강도에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 냉온자극에 의한 전립선치료기의 자극프로브의 형상 설계와 가열에 의한 온열 효과 및 가열/냉각의 반복에 의한 열자극 효과를 동시에 얻을 수 있는 자극시스템을 개발하는 데에 유용하게 사용할 수 있으리라 사료된다.

• 공업화학
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• 제25권4호
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• pp.401-408
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• 2014

분리막 생물반응기에서 산기량 제어는 반응기 내 유체흐름과 특히 막표면 근방에서의 전단응력을 변화시켜 막오염 감소 및 에너지 절약을 구현하는 중요 독립변수 중 하나이다. 본 연구에서는 원통형 생물 반응기 중심에 침지형 평막을 장착하고 하부에서 공기가 공급되는 3차원적 시스템에 대하여 "COMSOL"프로그램을 사용하여 수치해석하였다. 용액의 점도, 온도는 일정하다고 가정했으며 투과액 부피와 산기량의 비인 $SAD_p$를 변수로 사용하였다. 유속센서, 동영상 이미지분석으로 측정한 유속과 수치해석 결과는 11% 이내에서 일치함을 확인하였다. 반응기 내 유체의 흐름은 산기관과 막모듈 구간에서 급격하게 증가하였으나 막모듈을 지나면서 감소하였으며 반응조 벽에서 중심축 방향으로 갈수록 유속이 증가하는 경향을 보였다. 막 표면에서 계산된 전단응력은 하단 중앙부가 가장 크게 나타났으며 산기량이 증가할수록 전단응력이 증가하였다. 특히 산기량을 0.15에서 0.25 L/min로 증가할 경우 크게 증가함을 확인할 수 있었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.27-39
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• 1996

잠수체(strut)에 부착된 핀(fin)의 자유표면 효과를 회류수조를 사용하여 실험적으로 연구하였다. 본 연구에서는 주로 유속(V), 핀의 앙각(${\alpha}$)과 핀의 몰수깊이 대 현장비, 즉 몰수비(H/C)에 따른 핀의 양력을 축정하였으며, 지주가 없는 핀만의 양력을 측정하여 지주에 부착된 핀의 양력과 비교함으로써 핀에 미치는 지주의 영향도 관찰하였다. 유동가시화를 통하여 지주만 있을 때와 핀이 부착되어 있을 때의 앙각에 따른 자유표면의 변화를 조사하였다. 이와 같은 실험들은 대체로 몰수비가 작은 영역을 중심으로 수행되었다. 본 연구의 결과로는 핀의 양력계수(CL)는 작은 몰수비(H/C<3.0)의 경우 자유표면의 영향을 크게 받으며, 큰 몰수비(H/C>5.0)인 경우는 자유표면의 영향을 거의 무시할 수 있다. 작은 몰수깊이에서 핀의 유입앙각도 지주와 유속에 의해 크게 영향을 받는다. 자유표면의 변형은 지주에 의한 조파현상이 지배적인 역할을 하고 있으나 핀의 몰수깊이가 작을 경우는 핀의 영향도 크게 작용한다.