• 한국수자원학회논문집
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• 제43권6호
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• pp.543-557
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• 2010

본 논문에서는 2차원 하상변동 수치모형인 CCHE2D 모형을이용하여 유사량 공식과 유사이송형태별 이류-확산 방정식의 선택이 하상변동 수치모의결과 값에 미치는 영향을 분석하고 실제 현장자료와 비교하였다. 또한 이러한 분석을 기초로 낙동강하구둑 상류 접근수로에서의 최적의 유사량 공식과 유사 이송형태별 이류-확산 방정식을 제안하였다. 낙동강하구둑 상류 접근수로에 대해 Ackers and White와 Engelund and Hansen의 유사량 공식과 소류사와 부유사 유사 이송형태에 따른 이류-확산 방정식을 각각 다르게 적용하여 모의한 결과, Engelund and Hansen 공식을 적용한 경우에는 Ackers and White 공식을 적용한 경우와 비교했을 때, 평수 및 홍수 조건에서 모두 하상변동량이 거의 없는 것으로 나타났다. 또한 Ackers and White 공식으로 2002년에 발생한 실제 수문사상을 적용하여 하상변동 모의한 결과, 소류사 이송형태의 이류-확산 방정식을 적용한 모의결과가 부유사 이송형태를 적용했을 경우 보다 실제 하상변동에 더 근접한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.537-542
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• 2004

오염물질의 이송${\cdot}$확산 과정을 해석하기 위하여 계산효율이 높은 3차원 퍼프모형을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 퍼프모형은 추적방법에 따라 전방추적모형과 후방추적모형으로 나눌 수 있으며, 이 두 가지 추적방법은 계산효율과 수치오차에 있어서 상이한 특성을 나타내었다. 전방추적 퍼프모형은 일정한 시간간격을 가지므로 정상상태의 연속오염원의 경우에 각각의 퍼프들이 동일한 질량을 갖는다. 그러므로 전방추적 퍼프 모형은 각 퍼프들간의 중첩정도가 일정하지 않다. 이에 관한 오차분석을 수행하기 위하여 본 연구에서는 무차원 퍼프중첩계수를 정의하였다. 퍼프중첩계수란 퍼프의 크기에 대하여 퍼프중심간의 거리가 떨어진 정도를 나타내는 무차원수로서 너무 작은 경우에는 정확도가 떨어지고 너무 큰 경우에는 계산효율이 감소한다. 전방 추적 퍼프모형의 경우, 중첩계수가 작은 초기구간에는 정확도가 떨어지며, 시간이 지남에 따라 중첩계수가 필요이상으로 증가하여 계산효율이 떨어지는 것으로 나타났다. 이에 비해 일정한 중첩정도를 갖는 후방추적 퍼프모형의 경우에는 전 영역에 걸쳐서 정확도와 계산효율이 높은 것으로 나타났다. 하지만 일정한 시간간격 마다 농도장을 계산하고자 할 때, 전방추적법은 단 한번의 전체계산을 통하여 수행가능하지만 후방추적법의 경우에는 매 출력시간마다 초기시점까지 반복해서 계산해야하는 단점이 있다. 경계처리에 있어서 입자추적모형과 상이한 방법을 사용하는 퍼프모형은 폐경계에서는 입자추적모형과 동일한 결과를 나타내지만 개경계에서는 다른 결과를 나타내었다. 또한 오염원이 임의의 공간적 분포를 갖는 경우, 퍼프모형은 입자추적모형보다는 적은 수의 퍼프를 사용할 수 있지만 이에 따른 경계면에서의 수치오차를 발생하였다. 본 연구에서는 개발된 퍼프모형을 검증하고 장${\cdot}$단점을 분석하기 위하여 흐름이 일정한 경우와 전단흐름의 경우에 대하여 이송${\cdot}$확산 수치모의를 수행하였으면, 이를 각각의 경우의 해석해 결과와 비교${\cdot}$분석하였다. 후방추적 퍼프모형은 전방추적 퍼프모형에 비하여 사용된 퍼프수와 관계없이 작은 오차를 발생하였으며, 전체적으로 퍼프 모형이 입자모형보다는 훨씬 적은 수의 계산을 통해서도 작은 오차를 나타낼 수 있다는 것을 알 수 있었다. 그러나 Gaussian 분포를 갖는 퍼프모형은 전단흐름에서의 긴 유선형 농도분포를 모의할 수 없었고, 이에 관한 오차는 전단계수가 증가함에 따라 비선형적으로 증가하였다. 향후, 보다 다양한 흐름영역에서 장${\cdot}$단점 분석 및 오차해석을 수행한 후에 각각의 Lagrangian 모형의 장점만을 갖는 모형결합 방법을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.92-92
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• 2017

본 연구에서는 수치모델을 이용하여 대하천서 발생되는 조류의 공간적 농도 분포를 예측하였고, 현장실험을 통해 모델을 검증하였다. 국내하천은 다수의 지류가 본류로 유입됨에 따라 오염물질의 생산과 공급이 지속적으로 발생하고, 하천의 유로연장과 하폭에 비해 수심이 낮은 지형학적 특성을 지닌다. 따라서 지류 유입 이후 발생되는 조류의 거동 특성을 분석하기 위해 수심 적분된 2차원 이송-확산 모델을 사용하였다. 광합성 성장을 이루는 조류의 성장속도 계산을 위해 영양염류, 수온, 일사량과 수심 등을 변수로 하는 성장속도 함수들을 위의 모델과 결합하였다. 본 연구의 대상구간은 낙동강과 금호강 합류부를 포함한 강정고령보 하류 약 9.2 km 구간으로 모델 검증을 위한 현장실험을 수행하였다. 2차원 이송-확산 모델의 입력 값인 유속 및 수심을 계산하는 수리동역학 모델 검증을 위해 미국 Sontek사의 M9을 이용하여 낙동강과 금호강 각각 32개, 12개 측선에 대하여 수리량을 측정하였다. 수리량 측정결과, 금호강과 낙동강의 평균 유량은 각각 $240m^3/s$, $60m^3/s$로 측정되었고 측정된 유량을 모델의 상류단 경계조건으로 사용하여 측정 유속 및 수심과 유사한 결과를 모델로부터 취득할 수 있었다. 조류 농도 측정을 위해 독일 bbe사의 AlgaeTorch 10을 사용하였으며, 수리량 측정과 동일한 측선서 총 조류 세포수(cells/ml)를 측정하였다. 농도 측정결과, 하류로 내려감에 따라 조류의 농도가 증가하는 경향이 나타났고 금호강 합류 후 최대농도는 측정구간 최하류 우안서 4,460 cells/ml로 나타났다. 주 흐름이 발생하는 하천 중앙부에 비해 유속이 느린 하안서 상대적으로 높은 농도가 측정되었으며, 이와 같은 경향은 하류로 내려감에 따라 강하게 나타났다. 측정된 조류 농도를 이용한 2차원 이송-확산 모델 검증결과, 합류부 최상류 측선서 MAPE = 10.5 %의 최대오차가 발생하였고 최하류 측선서 MAPE = 6.7 %의 최소오차가 발생하였다. 인과 질소와 같은 영양염류의 농도가 높고 횡 방향 수온 분포가 균일한 대상구간의 특성상 영양염류 함수와 수온 함수로부터 계산된 성장속도 가중치 범위는 각각 0.8~1.0, 0.91~1.09로 공간적 변동성이 크게 나타나지 않은 반면, 수심을 변수로 하는 일사량 함수의 성장속도 가중치 범위는 0.05~1.00으로 상대적으로 매우 높은 공간적 변동성이 나타났다. 수심이 4 m 이하인 하천 양안서 0.8 이상의 가중치가 나타났으며, 수심이 7 m 이상인 하천 중앙서 0.4 이하의 가중치가 나타났다. 본 연구의 수치모의 결과, 수리동역학 모델로부터 계산된 수심이 모델 결과 값에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권8호
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• pp.693-698
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• 2007

로터 공기역학 모사를 위한 수치해석 기법이 제안되었다. 국부적인 유동특성변수를 4차 정확도 내삽의 MUSCL 접근방법을 유한체적 공식에 적용시킴으로써 로터 블레이드로 부터 멀리 떨어져 성긴 격자영역에서의 비 물리적인 수치 확산을 개선시켰다. 또한, 유동특성변수에 따라 각각 다른 제한자를 적용함으로써 수치적인 소산작용을 억제하고 수치적 안정성을 높였다. 대표적인 로터 공기역학 응용문제에 적용한 결과 후류포획성능이 크게 개선됨을 확인하였으나 공력소음계산 결과는 전통적인 MUSCL 기법에 비교하여 큰 개선점은 없었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.668-672
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• 2009

상대오염도가 높은 초기유출수에 대한 1차 처리의 화학적인 효율성 증대에 대한 연구는 많이 진행되어온 반면 동수역학적 분석에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 수처리 시설에 대해서 수리모형 및 수치모의의 결과를 비교 분석하였다. 연구에 사용된 수처리 시설은 내부 격벽(baffle)의 배열에 변화를 주어 흐름제어를 유도하여 초기유출수의 처리 효율에 변화를 줄 수 있도록 시설을 고안하였다. 수리모형 및 수치모의 실험을 통해 구조물 내에 복잡한 난류흐름을 관찰하였고, 주입된 염수의 농도분포 양상을 시간변화에 따라 분석하였다. 수치모의를 위해서 3차원 수치모형 프로그램인 FLOW-3D를 사용하였으며 LES 난류모형과 질량생성(mass source)모형을 적용하여 수처리 시설 내에서의 동수역학적 거동분석 및 오염원(source)의 농도분포를 모의하였다. 실험 결과 수처리 시설의 3차원 난류흐름을 통해 오염원이 지체 및 확산되고 이에 따라 배출되는 농도가 현격하게 차이 냄을 확인하였다. 또한 추후 본 연구에서 제시된 바와 같이 다양한 내부구조에 대한 수치모의 결과를 분석하게 되면 초기 유출수 처리 효율을 증가시킬 수 있는 수처리 시설모형의 최적화 방안을 고려할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.147-147
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• 2017

본 연구에서는 2003년 태풍 'MAEMI'에 의해 피해를 가장 많이 입은 경남 마산시를 중심으로 폭풍해일 범람도를 작성하였다. 해양과 하천 하류부가 만나는 마산시에서는 해일, 조석, 하천을 동시에 고려해야 하므로 이에 대한 단계적 적용을 통해 범람 중첩효과를 검토하였다. 본 연구에 사용된 수치모델은 네덜란드 Deltares사에서 개발한 준3차원 해수유동 모델 Delft3D이다. Delft3D는 폭풍해일 이외 지진해일, 부유물 이송, 오염물 확산 등 다양한 분야에 적용 가능하며, 파랑, 조석력, 바람에 의한 전단력, 온도, 염도에 의한 밀도류, 대기압 변화, 조간대 모의 등 다양한 영향을 고려할 수 있다. 수치모의시 모델의 안정성과 효율성을 높이기 위해 다중격자기법을 사용(최소 25m 격자)하였으며, 수심 자료는 국토지리정보원 수치지도와 국립해양조사원 수치해도의 수평 수직적 통합을 통해 구성하였다. 태풍 'MAEMI'의 Best Track은 기상청에서 제공하는 3시간 간격의 중심기압, 풍속, 중심위치를 Holland's Model에 적용하여 계산하였다. 조석효과를 고려하기 위해 개방경계에서 TPXO 7.2를 사용한 분조값을 입력하였다. 또한 하천의 흐름을 효과적으로 구현하기 위해 하천 단면에서의 동적 수위경계조건(또는 유량경계조건)을 추가적으로 부여하였다. 수치해석결과, 마산 수위 관측소에서 관측된 태풍 'MAEMI'의 해일고와 유사한 결과가 산출되었다. 범람역 해석결과는 해일, 조석, 하천을 동시적으로 고려하였을 경우에 실제 침수흔적도인 마산시재해침수지도와 가장 유사한 결과를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.90-90
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• 2019

본 연구에서는 SWASH(Simulating WAves till SHore) 모형의 염분분포 해석의 정확성을 평가하기 위해 Goswami et al.(2007)의 모형실험을 재현하였다. SWASH모형은 Delft 대학에서 개발된 비정수압수치모형으로 연직방향으로 층(layer)을 나누어 자유수면변위를 정확하게 예측하고 표준 ${\kappa}-{\varepsilon}$ 난류모델을 이용해 염분, 온도 및 침전물 등의 난류확산을 계산한다. 우선 Goswami et al.(2007)의 모형실험 중 정상상태의 모형실험을 이용해 층수에 따른 수치모형의 정확도를 평가하였다. SWASH 모형의 층수를 늘리며 수치모의를 수행한 결과, 층수가 늘어날수록 종, 횡 방향의 염분농도 분포가 정확하게 나타나는 것을 확인하였다. 추가로 SWASH 수치모형을 이용해 염수침투 및 후퇴 상태의 모형실험도 수치모의하였다. 염수의 공급에 따라 시간에 따른 염분농도 분포가 변화하는 것을 확인하였다. 또한 연직방향의 층수가 많은 경우 모형실험의 결과와 비교적 잘 일치하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 연직방향의 층수를 늘려감에 따라 수심방향으로 더 정밀한 염분분포 해석이 가능하다는 것을 알 수 있다. 그러나 연직방향으로 많은 층을 나눈 경우 계산시간이 증가하기 때문에 수심이 작거나 연직방향의 염분농도 분포가 중요하지 않은 경우라면 적절한 층수(5~10 layer)를 고려해 수치모의를 수행하는 것이 시간과 비용측면에서 더욱 경제적이라고 할 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제13권1호
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• pp.20-32
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• 2003

균열암반에서 콜로이드를 동반한 방사성 핵종의 이동을 핵종붕괴사슬과 주변암반으로제한적 분자확산을 고려하여 모사하였다. 암반 내 핵종 이동을 모사하기 위한 핵종이동 시스템과 지배 방정식 및 초기/경계 조건을 설정하여 반 해석해를 도출하였으며, 수치적 라플라스 역변환을통하여 반해석해의 검증을 실시하였다. 유사콜로이드의 반응상수가 균열 내에 미치는 영향과 콜로이드의 여과작용이 핵종이동에 미치는 영향 그리고 주변 암반으로 제한적 확산이 핵종이동에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 지하수 내에 존재하는 유사 콜로이드의 양이 많아질수록 균열 내 방사성 핵종이동의 가속현상이 크게 나타났으며 여과 계수가 모든 핵종에 대하여 $10^{-3}$ (m$^{-1}$)보다 클 경우 여과에 의한 핵종 지연을 무시할 수 없었다. 콜로이드 존재로 인한 핵종가속과 더불어, 주변암반으로 방사성핵종의 분자확산이 제한적일 경우에 예측된 핵종가속현상은 확산깊이가 적을수록 더 커지는 것을 알 수 있었고, 이때 가속에 영향을 주는 유효확산깊이가 존재하는 것을 발견할 수 있었다. 또한 주변암반의 저지계수가 클수록 제한적 확산깊이에 따른 핵종들의 가속범위의 증가를 볼 수 있었다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제17권1호
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• pp.74-80
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• 2006

본 논문은 전자파 장해 및 복사 내성 측정의 대용 시험 시설로서 활용될 수 있는 전자파 잔향실의 전자기장 특성에 관한 연구이다. 잔향실 내에는 서로 다른 두 주파수 대역에서도 사용 가능한 이중 대역 확산기(diffuser)가 적용되었고, 이중 대역 확산기는 서로 다른 단일 대 역 Schroeder 방식의 QRD(Quadratic Residue Diffuser)로 합성되었다. 잔향실 내부의 전자기장 분포 해석을 위해서는 FDTD(Finite-Difference Time-Domain) 수치 해석 방식이 이용되었다. 잔향실에 사용된 이중 대역 확산기는 단일 대역 확산기에 비해 시험할 수 있는 주파수 대역 확장 뿐 아니라, 잔향실의 전자기장 균일도, 편파 특성, 전력 효율 및 공차 등의 성능을 향상시켰다. 따라서 이중 대역 확산기를 사용한 잔향실이 단일 대역 확산기를 사용한 잔향실보다 효율적인 시험시설로서 활용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권3호
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• pp.8-14
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• 2003

난류혼합층에서 속도비 변화에 따른 입자의 운동형태에 대하여 수치해석적 연구를 수행하였다. Turbulent closure를 목적으로 Subgrid모델을 바탕으로 한 LES를 적용하여고 입자 운동을 해석하기 위해 Lagrangian 방법을 적용하였다. 입자의 직경이 10, 50, 100, 150, 200${\mu}m$인 입자들이 분리판 끝단에서 정지한 상태로 혼합층에 유입이 되고, 큰-크기 와류구조에 영향을 받아 혼합층 내로 확산이 되어진다. 혼합층의 성장특성은 속도비 변화에 매루 민감하여, 입자의 확산은 혼합층의 속도비와 입자 직경의 변화에 따라 거동을 달리함을 알 수 있었다. 또한 Stokes 수와 입자확산의 관계를 나타내었다. 그 결과로 St~1인 경우 입자의 확산이 유동장의 확산보다 빠르게 일어나나, St<<1과 St>>1인 경우는 입자의 확산이 잘 일어나지 않음을 알 수 있다.