• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.386-386
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• 2015

담수가 해수에서 흘러드는 하구에서는 성층이 관측되며 이것은 난류의 미세구조를 변화시키는 주요 원인으로 작용한다. 이러한 성층화 현상은 하구 내 부유사의 군집인 하구 최대혼탁수(Estuarine Turbidity Maximum, ETM)의 형성에 영향을 주게 된다. 본 연구는 성층의 하구 최대 혼탁수 생성 메커니즘에 관심을 두고 수치모델링을 활용한 미세 난류의 부유사 거동 분석에 초점을 두었다. 성층과 전단응력 사이의 난류 혼합을 대표하는 유동인 켈빈-헬름홀츠 불안정성(Kelvin-Helmholtz Instability)을 도입하고 성층 경계면 근처에서 부유사의 이송을 높은 레이놀즈수(Reynolds number) 유동에서 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes Simulation)보다 다양한 규모의 에너지 획득이 가능하여 미세 난류 구조 재현에 장점을 갖는 Large-eddy Simulation(LES)를 활용하여 모사하였다. 여기에서, 부유사는 주위 유동의 물리적 특성 변화에 영향을 미치지 않는 Passive scalar로 가정하였으며 $6^{th}$-order Lagrangian 다항식 보간법을 적용하여 입자의 이동 속도를 계산하고 이를 시간에 대해 적분함으로써 이동 궤적을 추적하였다. 수치 모델 결과 Lock-exchange 유동 내에서 켈빈-헬름홀츠 불안정성이 발생함에 따라 경계면 주위에 위치한 부유사가 billow 내에서 트랩핑(trapping)되는 것을 보여주어 KH-billow 혹은 braids 내의 미세 난류에 의한 영향이 확인되었다. 본 연구에서는 LES를 활용하여 성층류 및 성층류 내의 부유사 혼합을 모사하여 난류의 정도에 따른 이동 궤적의 차이에 대해서 분석함으로써 성층의 난류 강도 저하에 따른 부유사의 군집으로의 영향에 대해 서술한다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.24 no.1
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• pp.114-122
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• 2015

In the high convective gas flow condition, irregular shaped water waves from which droplet entrainment occurs are generated under horizontally stratified two-phase flow condition. KAERI proposed a new mechanistic droplet entrainment model based on the momentum balance equation consisting of the shear stress, surface tension, and gravity forces. However, this model requires correlation or experimental data of several physical parameters related to the wave characteristics. In the present study, we tried to measure the physical parameters such as wave slope, wave hypotenuse length, wave velocity, wave frequency, and wavelength experimentally. For this, an experiment was conducted in the horizontal rectangular channel of which width, height, and length are, respectively, 40 mm, 50 mm, and 4.2 m. In the present test, the working fluids are chosen as air and water. The PIV technique was applied not only to obtain images for phase interface waves but also to measure the velocity field of the water flow. Additionally, we developed the parallel wire conductance probe for the confirmation of wave height from PIV image. Finally, we measured the physical parameters to be used in the validation of new droplet entrainment model.

• Journal of Navigation and Port Research
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• v.28 no.6
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• pp.565-572
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• 2004

Residual current plays more important role than the tidal current for long-term material transport in coastal areas. The main component of residual current is tide-induced residual current. Otherwise, wind driven current and buoyancy-driven current are important components which change the residual current. To clarify the characteristic of coastal current, application of a three -dimensional model is necessary. This study focuses on clarifying the stratified systems of coastal water affected by freshwater runoff from a river and analyzes the structure of current at Ulsan bay by applying a three-dimensional buoyancy-driven current model. According to the result of “Ulsan bay” study, it shows that the surface layer in semi-enclosed estuaries, which affected by freshwater runoff. has flows going out, and the bottom layer has flows coming in. Besides when the wind blows toward inside of the bay, the surface layer has flows coming in and the bottom layer has flows going out as compensation flows for the surface circulation. The results of simulation could be applicable to examine vertical upwelling, which might be caused by construction of artificial fishing reef to build aqua farm, submerged breakwater to control coastal sediment, and the formulation of oceanic ridge, or a basic study on application to the usage of deep water.

• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.9 no.2
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• pp.73-77
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• 2003

This study focuses on illustrating the effect of a hill on current filed at a channel, and the topographic effects of the hill were studied with various numerical experiments. The model experiments showed that stratification as well as bottom topography had influence on current fields around the hill. Due to stratification effect, Karman vortex formed behind the hill by bottom topography made effects on water movement only in the deep layer. The vortex reduced density field around the hill which resulted in the stratification in the water column, and which also resulted in the movement of isopycnic surface to deep layer both in front and back of the hill. The water in the back of the hill moved upward along ispycnic surface afterward. From these effects, velocity pattern in vertical direction around the hill showed opposite direction, downwrad in front of the hill and upward in the back. However, the upward flows did not seem to have any significant influence on the water conditions in the surface layer, even though strong upward flows were found on both side of the hill.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2004.04a
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• pp.1909-1914
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• 2004

An immersed boundary method for simulation of density-stratified flows is developed and applied to computation of viscous flows over two-dimensional obstacles in a bounded domain under stable density stratification. Density sources/sinks are introduced on the body surface. Two obstacle shapes are used, a vertical barrier and a smooth cosine-shaped hill; weak stratification, defined by $K=ND/{\pi}U{\leq}1$, where U, N, and D are the upstream velocity, buoyancy frequency, and domain height, respectively, is considered. The results are consistent with other authors' calculations, and shed light on computation of density-stratified flows in complex geometries.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.2033-2037
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• 2009

호소내의 흐름은 중력의 영향을 받는 하천의 흐름과는 달리 열수지에 의한 밀도류 및 바람 등에 영향을 크게 받아 특유의 유동특성을 나타낸다. 본 연구에서는 EFDC(Environmental fluid Dynamics Code, 미국 버지니아 해양연구소 개발) 모델을 이용하여 호소 내 수치모의를 실시하였다. 복잡한 지형을 형성하고 있는 호수 내의 유동특성의 정밀도를 향상시키기 위해서는, 흐름특성을 고려한 grid작성이 중요하다. 본 연구에서는 1:3000, 1:5000 축척의 수치지도를 이용하여 장흥호의 하상단면 값을 추정하였으며, GIS를 이용하여 (${\Delta}x$, ${\Delta}y$)=100m로 DEM을 생성하였다. 그리고 구성된 DEM값을 이용하여 정밀도가 높은 최종 Cartesian grid(active cell=706)를 구축하였다. EFDC를 이용한 장흥호의 수치모의 결과 호수내의 흐름은 수면을 통한 열 교환에 의한 수온 밀도류를 형성하고 있으며, 수온성층의 형성과 파괴가 호수 흐름을 형성하는 큰 인자로 작용한다는 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 호에 유입되는 하천부분에서는 유입되는 수온에 따라 흐름특성이 변하며, 유입수온에 따라 호수 내 관입위치가 변하여 표면흐름, 내부흐름, 저부흐름 등의 흐름특성을 보인다 이상과 같이, 호수내의 흐름특성을 열수지, 외력에 의해서 크게 변동하며 해석대상역의 지역특성을 반영한 수리현상의 정확한 재현 없이는, 이 유동해석결과를 입력치로 하는 수질모델링 결과는 신뢰도에 심각한 문제를 발생시킨다고 할 수 있다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• v.27 no.1
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• pp.45-52
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• 1995

In influence of the vapor phase turbulent stress (i.e., the too-phase Reynolds stress) to the characteristics of two-phase system in a horizontal pipe has been theoretically investigated. The average two-fluid model has been constituted with closure relations for stratified flow in a horizontal pipe. A vapor phase turbulent stress model for the regular interface geometry has been included. It is found that the second order waves propagate in opposite direction with almost the same speed in the moving frame of reference of the liquid phase velocity. Using the well-posedness limit of the two-phase system, the dispersed-stratified How regime boundary has been modeled. Two-phase Froude number has been found to be a convenient parameter in quantifying the onset of slugging as a function of the global void fraction. The influence of the taper phase turbulent stress was found to stabilize the flow stratification.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.34 no.4
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• pp.148-157
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• 1997

In this paper, the flow around a V-shaped plate positioned against horizontal flow is numerically simulated by using finite volume method and experimentally visualized in two dimensional tank by dye injection method. The upwelling flow artificially induced by V-shaped plate mixes the stratified stagnant flow. It can be applied to mitigate the eutrophication and stratification of sea in the vicinity of offshore structures.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.19 no.12
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• pp.3360-3371
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• 1995

Hydrodynamic characteristics of a stratified flow at a Y-junction were examined analytically. Gas is supplied through the main horizontal channel and liquid is introduced into the gas stream from the Y-shaped bottom branch. Analysis was performed with irrational flow and inviscid fluid assumptions. The Stokes' inverse transformation technique was adopted to convert the real x-y plane into the x-.psi. plane. The potential flow equation was solved numerically in the transformed (x-.psi.) plane and the interface profile, pressure distribution and the streamlines were obtained. The effects of the inlet conditions, injection angle and the gravity on the flow characteristics were also examined. To check the validity of the present method, the previous resultant the two-dimensional obtuse wedge flow was compared. The inverse transformation technique turned out to be also very useful to predict the hydrodynamic characteristics of a stratified flow with the pressure variation at a Y-shaped mixing junction.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.205-205
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• 2012

국내에서 새로운 댐 저수지 건설을 통한 수자원의 안정적인 확보는 어려운 여건에 있다. 따라서 수자원의 효율적인 확보, 댐 하류하천의 수질 개선, 신규댐 건설 대체 효과를 기대하기 위해 기존 댐 저수지의 연계운영이 중요하게 인식되고 있다. 본 연구에서는 다수의 댐 저수지 수체를 연계하여 모델을 통해 해석하고자 안동-임하호를 연결한 2차원 모델(CE-QUAL-W2)을 구축하고, 2002년과 2006년 수문사상을 재현하였으며, 수리해석을 실시하였다. 안동호의 좌안인 임동면 마리와 임하호의 우안인 망천리를 연결하고, EL. 140 m 위치에 길이 2 km, 직경 5.5 m로 콘크리트 터널을 연결하는 것으로 가정하였다. 관내 바닥 마찰계수와 미소 마찰손실 값은 0.05를 입력하였다. 저수지 실측수위와 모의수위를 시계열로 비교한 결과, 2002년과 2006년 안동호와 임하호에서 여름철 유입량 증가에 따른 수위 상승을 잘 반영하였고, 결정계수값($R^2$)이 모두 0.9953 이상으로 나타나 모델은 두 저수지 물수지 계산에 있어서 높은 신뢰도를 보였다. 2006년을 대상으로 안동호와 임하호의 댐 앞에서 수심별 수온의 실측값과 모의값을 비교한 결과, 안동호는 4월부터 성층이 진행되어 5월에 수온약층이 EL. 130 m에 형성되었다. 7월 홍수가 중층 밀도류를 형성하여 수온 성층구조를 교란하였고, 기존의 수온약층이 EL. 120 m 로 하강하였으며, 표층 EL. 145 m에 새로운 수온약층이 형성되는 2단 성층 구조를 보였다. 여름철 동안 이러한 현상은 지속되었고, 10월부터 대기기온 강하와 함께 수직혼합이 시작되었다. 수온예측 오차는 AME $0.336{\sim}1.806^{\circ}C$, RMSE $0.415{\sim}2.271^{\circ}C$의 범위로 실측값을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 임하호도 안동호와 유사한 경향을 보였고, 모델은 두 저수지에서 전 기간에 걸쳐 모두 안정적으로 저수지 수온 성층현상을 모의하였다. 2002년 수문사상에서 안동-임하 연계 운영시 안동호의 평균 수위는 1.38 m 상승하였고, 임하호는 3.75 m 낮아지는 것으로 모의되었다. 수위변동에 따른 유동 유량은 임하호에서 안동호로 3억 6천 4백만 톤, 안동호에서 임하호로 2억 9천 1백만 톤으로 임하호에서 안동호로 유동한 유량이 높게 나타났다. 유역면적에 비해 저수용량이 작은 임하호의 경우 두 저수지간 유량의 이동에 따라서 저수용량의 증가로 인한 홍수 저감 효과가 있을 것으로 판단된다. 반면, 안동-임하 연계 운영시 임하호의 차가운 물이 안동호로 유입되는 경우, 안동호의 수온 성층구조에 영향을 주었다. 안동호의 경우는 단독운영시보다 높은 위치에 수온약층(EL. 140 m)이 형성되었으며, 임하호는 반대로 저수위가 낮아지면서 단독운영시보다 수온약층의 위치가 약간 낮아졌다. 이러한 결과는 두 저수지 연결시 안동호의 탁수와 수질 환경에 변화가 있을 수 있음을 시사한다.