• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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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.

• 에너지공학
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• 제24권1호
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• pp.114-122
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• 2015

수평 성층류 2상 유동에서 기체의 속도가 액체의 속도보다 상대적으로 큰 고유속 유동조건에서는 불규칙한 파형들이 생성되고 이때 상 경계면에서는 액적이탈이 발생한다. 한국원자력연구원(KAERI)에서는 이러한 상 경계면에서의 액적이탈 현상을 기구학적으로 예측하기 위하여 전단력, 표면장력, 그리고 중력 항으로 구성되는 새로운 액적이탈 모델을 제시하였다. 그러나 이 액적이탈 모델 내부에는 아직 결정되지 않은 모델 계수가 존재한다. 모델 계수를 결정하기 위해서는 두 상 사이의 계면파 특성과 관련되는 물리변수들에 대한 실험데이터의 확보가 필요하다. 주요 물리변수들에는 파의 기울기, 파의 빗변길이, 파의 속도, 파의 주파수, 그리고 파장이 있다. 본 연구에서는 계면파 특성과 관련된 주요 물리변수들을 측정하기 위하여 폭 40 mm, 높이 50 mm, 길이 4.2 m의 수평사각유로에서 가시화실험을 수행하였다. 실험은 1기압의 물-공기 성층류 유동에서 액적이탈이 발생되는 조건에서 수행되었다. 본 실험에서 계면 형상을 2차원적으로 가시화하고 계면파에서 국소적인 물속도 분포를 측정하기 위하여 유로 측면에서 PIV기법을 적용하였다. 추가적으로, 가시화실험을 통해 획득한 계면 이미지로부터 측정된 계면 높이를 검증하기 위하여 평행 와이어 전도도 센서를 개발하였다. 가시화방법과 센서를 통해 측정된 수위를 비교한 결과, 두 가지 방법론에 의해 측정된 수위결과가 잘 일치함을 확인하였다. 최종적으로 개발된 측정기법을 적용하여 액적이탈 조건에서 계면파 특성과 관련된 주요 물리변수들을 측정하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제28권6호
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• pp.565-572
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• 2004

전차륜느 연안역에서 큰 스케일에서의 물질수송에 대한 관점에서 보면 조류보다 더 중요한 역할을 한다. 이러한 잔차류의 주된 성분은 조석 잔차류이며, 취송류, 밀도류 등도 이 흐름을 변동시키는 중요한 인자들이다. 이러한 연안역의 흐름의 특성을 규명하기 위해서는 3차원 유동모델의 적용이 필수적이다. 본 연구는 하천으로부터 담수유입에 의한 연안수역의 성층화 구조를 다루는데 초점을 두었으며, 이를 위해 3차원 밀도류모델을 적용하여 울산만의 유동을 재현하고, 담수유입에 의한 성층화 구조를 규명하였다. 그 결과 울산만과 같이 담수유입이 존재하는 반폐쇄 하구에서는 표층에서는 만외로 유출하고, 저층에서는 만내로 유입하는 흐름이 발생하였다. 또한 만내방향으로의 바람이 존재하는 경우에는 표층에서는 만내로 유입하는 흐름이, 저층에서는 이에 대한 보상류로 만외로 유출하는 흐름이 발생하는 것을 알 수 있었다. 이러한 해수유동결과는 해양목장 조성을 위한 인공어초투하, 연안표사 제어를 위한 잠제건설, 해저산맥 조성 등으로 인한 연직방향으로의 용승현상에 대한 규명이나 심층수 활용을 위한 기초연구에 적용이 가능할 것으로 사료된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제9권2호
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• pp.73-77
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• 2003

본 연구에서는 성층화된 수로에서 3차원 hill과 같은 해저지형이 유동장에 미치는 효과를 수치실험을 통해 밝히고자 하였다. 계산결과 hill 주위의 유동장은 지형과 성층의 효과를 복합적으로 받는 것으로 나타났다. hill 배후에서 형성된 칼만와류는 성층효과로 인해 저층에서만 나타났다. 이러한 와류는 hill 중심의 밀도를 감소시켜 성층화된 열염구조를 불안정하게 하는 역할을 하였고 이로 인하여 등밀도선을 따라 흐르는 흐름은 hill 전면의 경우 깊어지는 등밀도선을 따라 하강한 뒤, 그 후면에서는 다시 등밀도선을 따라 상승하는 패턴을 나타내었다. 그 결과 연직유속은 hill의 전면에서는 침강류, 그 후면에서는 용승류가 형성되는 특징을 나타냄과 동시에 수평적으로 보았을 때 hill의 측면을 통해 가장 활발하게 용승이 발생하지만 표층까지 영향을 크게 미치지는 않는 것으로 나타났다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 춘계학술대회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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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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• 제27권1호
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• pp.45-52
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• 1995

수평 유로를 통과하는 이상류 내에서 기체상의 난류 응력이 이상류 시스템의 전반적 거동 특성에 미치는 영향을 연구하였다. 이를 위하여 이미 오랜 연구 노력으로 입증된 평균 이상류 거동 방정식을 채택하여 수평관에서 흔히 발생하는 성층류형 이상류에 대하여 적절히 모델하였다. 모델의 고유치를 계산하고 그의 특성 방정식으로부터 이상류 시스템의 well-posedness 및 다른 이상 유동 영역으로의 천이 경계를 새로이 결정하였다. 그 결과로 지금까지 무시해 왔던 기체상의 난류웅력이 이상류 시스템의 안정성에 커다란 영향을 주는 것이 발견되었다. 본 연구에서는 그 영향이 정량화 되었으며 그외의 효과도 정량화 하는 방법을 정립하였다. 본 연구는 원자로 시스템 해석 코드에 쓰이고 있는 열수력 모델 중 불확실성이 많은 모델인 수평관에서의 이상유동 영역 천이 조건식을 개선함으써 시스템 해석 결과의 신뢰도를 높이는 데 이용할 수 있다.

• 대한조선학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.148-157
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• 1997

본 논문에서는 유한체적법을 이용한 수치계산과 이차원수조에서의 유동가시화에 의한 실험적 연구를 통해 평행하게 흐르는 유체 내에 설치된 V-형 연직순환 구조물 주위의 유동현상을 해석하였다. V-형 연직순환 구조물은 성층화되어 연직방향으로 정체된 유동장을 교란하여 섞어주는 역할을 하는 해수유동 제어구조물로서 해상 구조물의 주변에 유동정체로 발생될 수 있는 부영양화 등을 감소시키는 도구로 사용될 수 있다. 판과 판의 사이각(dihedral angle; ${\theta}$), 판의 바닥면에 대한 경사각(inclination angle; ${\phi}$) 그리고 Reynolds 수에 대한 와류두(vortex head) 상승높이의 특성 및 유기속도(induced velocity)의 강도를 비교 검토함으로써 파라미터와 유동특성과의 관계를 살펴보았다. 또한 이를 통해서 연직순환 구조물의 최적형상은 사이각과 경사각이 $90^{\circ}$일 때라는 결론을 얻을 수 있었다.

• 대한기계학회논문집
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• 제19권12호
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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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.