• 한국수자원학회논문집
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• 제36권5호
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• pp.761-776
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• 2003

본 연구에서는 사류 및 부압이 발생하는 자유수면을 가진 댐 상류 및 여수로에서 물의 흐름의 동수역학적인 거동을 파악하기 위하여 수치모형을 적용하였다. 댐 건설시, 댐 상류에서의 유동을 알아보기 위하여 2차원 수치모형인 RMA2를 이용하였고, 접근부에서의 3차원적 흐름과 여수로, 방류관 등에서의 흐름분포를 평가하기 위하여 3차원 CFD 프로그램인 FLUENT를 사용하였다. 수치모의에서는 지형 및 구조물에 관한 세부인자들이 수치모형을 구성하는 데 사용되었다. 한탄강 댐에 적용한 2차원 수치모의 결과, 댐 상류부 여러 지점에서 최대 유속이 1 m/s에 이르는 와류가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 2차원 수치모형이 댐 건설 후 상류하천의 2차원적 유황을 규명하는 데 유용하게 활용될 수 있음을 의미한다. 3차원 수치모의 결과, 수위와 방류조건에 따라서 댐 직상류의 3차원 접근 흐름의 변화가 발생하고 있으며, 여수로, 방류관, 배사관으로 배출되는 유속이 상이하게 나타나고 있음이 밝혀졌다. 댐 상류 100 m지점에서 댐 여수로 중심선에 대한 유속 분포 모의치를 수리모형실험에서의 측정치와 비교한 결과, 두 값이 비슷하게 나타났다. 본 연구 결과, 2, 3 차원 수치모형이 댐 상류부 및 여수로의 흐름을 해석하는 데 있어서 수리모형실험에서 쉽게 수행하기 어려운 다양한 조건을 모의함으로써 댐 설계 최적화에 기여할 수 있으리라 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권9호
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• pp.69-76
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• 2018

본 연구에서는 가스터빈 블레이드의 필름 냉각에서 45도 리브가 있는 냉각채널의 필름 홀 위치가 블레이드의 표면냉각 성능에 미치는 영향을 전산유체해석 기법을 통하여 분석하였다. 또한 냉각채널의 리브 유무의 영향을 동일 분사율에 대해서 고찰하였다. 수치해석 도메인은 3차원으로 구성하였고 상용코드(Fluent ver. 17.0)를 사용하여 정상상태 조건 하에서 수치해석을 진행하였다. 그 결과를 바탕으로 블레이드 표면에서의 냉각효율, 유속, 유선, 압력 계수를 비교 분석하였고 홀 위치의 변화가 리브 구조에 의해 유발되는 이차 유동의 토출에 미치는 영향을 고찰하였다. 수치해석 결과로부터 리브가 설치되어 있는 경우 냉각채널의 내부유동은 상부에서 반시계 방향 및 하부에서 시계 방향의 와류쌍을 형성하는 것을 확인할 수 있었다. 리브가 있는 채널의 경우 리브에 의하여 발생한 와류유동이 홀 출구 부근에서 더 높은 압력 차이를 유발하여 리브가 없는 경우보다 최소 12% 이상의 높은 냉각 효율을 나타냈다. 또한 리브가 있는 채널 중에서 홀이 좌측에 위치한 경우(Rib-Left) 리브에 의하여 발생한 이차 유동이 홀 부근의 벽면에 부딪혀 홀 경사각 방향으로의 유동이 형성되는 것을 확인하였다. 블레이드 표면으로 토출된 냉각기체가 주 유동 경계층 내부에서 머무는 영역이 다른 케이스에 비하여 넓기 때문인 것으로 사료된다. 또한 이 경우 홀 출구 부근에서 가장 큰 압력 계수 차이를 나타내었고 이로 인하여 냉각기체의 토출이 촉진되어 냉각효율이 다소 증가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1706-1710
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• 2007

하천의 교각주위에는 국부세굴현상과 이에 따른 퇴적현상이 나타난다. 특히 교각주위에서의 국부세굴특성은 교량의 안전성과 관련하여 중요한 문제가 되므로 세굴의 크기를 감소하기 위한 대책이 필요하다. 교각주위에서의 국부세굴현상은 교각부 인근에 형성되는 말발굽형 와류가 중요한 역할을 하고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 교각주위에서의 수류변화를 적절히 제어함으로서 세굴특성을 감소하고자 하는 연구가 행해져 오고 있으며, 교각에 원환(collars)을 설치하거나 조도를 증가시킴으로 세굴감소 대책을 제안하고 있다(Zarrati et al, 2006). 본 연구에서는 교각주위에서의 세굴을 감소하기 위해 원주교각의 표면을 파상형(riblet type)으로 하였으며, 파상형교각의 기본개념은 원주교각 전면에 나타나는 하강류를 파상형 원주내로 흡수하여 세굴작용을 감소시키고자 하는 것이다. 이같은 형식은 원주형 교각에 원환을 설치하는 방법이 대표적이며 하상과 교각사이 경계부에 수평방향의 단일 파형(single riblet type)을 설치한 Sato et al(1993)의 연구가 있다. 이들의 결과에 의하면 원형교각과 비교하여 초기 세굴감소 효과가 있음을 확인하였으나 시간경과에 따라 세굴이 점차 증가하고 있는 바 그 원인으로서 세굴이 진행되면서 하상면과 단일 파형과의 간격이 확대하여 단일파형내로의 흐름흡수 효과가 감소하기 때문으로 보고되었다. 따라서 여기서는 이같은 문제를 해결하기 위해 다단의 오목 및 볼록 파상형(concave/convex riblet type) 원주교각에 대한 국부세굴 특성을 검토하였다. 또한 원주형의 교각에서는 단일원주보다는 원주군으로 설치되는 경우가 대부분이며 이때 교각의 직경(D)에 대한 교각 사이 간격$(L_d)$의 비$(L_d/D)$에 따른 전면교각에서의 수류변화의 영향이 후면교각에 작용하여 상호 복합적인 흐름 및 세굴특성을 나타내므로 이와 같은 복렬형 원주군의 세굴특성을 파상형 원주교각에 적용하여 국부세굴의 크기 변화를 해석하였다. 따라서, 교각주위에서의 수류특성 및 세굴의 변동은 원주군 및 교각파상의 크기와 간격 등과 같은 구조물의 배열조건과 Froude 수, 수심 등의 수리학적 조건에 따라 달라지므로 이의 조건을 체계적으로 변화시켜 가면서 교각주위에서의 국부세굴 및 세굴 감소특성을 검토하였다. 실험결과 오목 및 볼록 파상형 원주 주위에서의 세굴크기는 원형원주와 비교하여 전체적으로 감소하는 것으로 확인되었으며 특히 오목형 $B/\acute{h}=3$에서는 세굴경감효과가 탁월하여 70%이상 감소하는 것으로 확인되었으나 볼록형 $B/\acute{h}=5$에서는 세굴촉진특성이 나타나고 있는 것으로 나타났다. 따라서, 파상형 원주에서는 하강류나 와류를 파상형의 내부로 유도하여 세굴의 크기를 조절할 수 있는 최적의 파상이 존재하고 있는 것으로 예측되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권9호
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• pp.765-772
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• 2015

칼새 비행의 생체모방 초소형 비행체 적용 가능성을 확인하기 위한 공력측정과 위상동기 PIV 연구가 수행되었다. 2축 회전자유도의 로봇 날개 모델과 불어내기식 풍동을 사용하였다. 비틀림 각은 ${\pm}0$, ${\pm}5$, ${\pm}10$, ${\pm}20$도의 진폭을 갖고, 스트로크각은 90도의 위상차를 갖는 단순조화함수로 변화시켰다. 비틀림 각에 따른 시간에 대한 양력계수 변화는 작은 공력감소와 지연만을 나타내며 주목할 만한 차이를 보이지 않았다. 그러나 항력은 작은 비틀림 각 변화가 큰추력을 생성할 수 있음을 보여주었다. 이러한 것들은 칼새가 비행 중에 작은 비틀림 각을 사용하는 이유를 간접적으로 설명해 준다. PIV연구 결과는 공력지연이 날개주위의 와류구조와 밀접한 관계있다는 것을 보여준다. 이러한 결과는 칼새 모방형 초소형비행체 설계에 있어 비틀림 각은 필수적인 파라미터로서 반드시 고려되어야 함을 의미한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.583-587
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• 2006

국부세굴의 발생은 일반적으로 흐름조건, 구조물 조건과 하상재료 세 가지의 주 원인으로 구분할 수 있다. 흐름조건의 경우 구조물 영향으로 발생되는 3차원적인 와류가 주요원인이며 하상재료의 경우 여러 요인이 있겠지만 비중이 같은 입자라 가정할 경우 입자의 크기를 주요 변수로 정할 수 있다. 교각 국부세굴에 관한 연구는 1960년대 이후 연구자들에 의해 매우 다양하게 수행되어 졌으며 많은 산정공식도 제시되었다. 하지만 기존 연구는 최대세굴심 조건으로 다양한 하상재료와 시간에 대한 세굴변동(홍수사상 등)에 대한 영향을 고려하는데 어려움이 있다. 특히 국내의 경우 다양한 하상재료와 홍수빈도를 고려할 때 이에 대한 세굴적용은 매우 중요한 인자라 할 수 있다. 따라서 교각세굴에 대한 궁극적인 목적은 다양한 하상재료와 홍수빈도를 고려할 수 있는 세굴평가를 제안하는데 있다. 이를 위해 본 연구에서는 우선적인 연구로 입자의 다양성과 이미지 기법을 이용한 실시간 측정을 통해 보완하여 입자에 따른 시간적 변화를 분석하였다. 현재 4가지의 하상재료의 입경차이에 따른 국부세굴의 시간적 변화와 초기세굴 발생의 수리적 조건을 파악하고 기존연구와 비교분석하였으며, 이를 기초자료로 세굴심$(S,\;S_{max})$, 교량주변 전단력$({\tau}_p,\;{\tau}_{pc})$, 접근수로부 전단력$({\tau}_a)$와 입자한계전단력$({\tau}_c)$에 대한 시간분석 (time effect)을 통해 다양한 하상재료와 홍수빈도를 해석을 위한 초기분석을 수행하는데 목적이 있다. 수리모형실험에 사용된 가변경사수로의 제원은 $0.6m(W){\times}20m(L){\times}2m(H)$이며 모형구조물은 투명한 아크릴로 제작하였다. 실험방법은 교각 내부에 CC카메라를 전 후면 및 상측면에 설치하여 세굴 발생을 실시간으로 촬영한 후 이미지 분석을 통해 분석하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권3호
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• pp.1346-1351
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• 2012

해상풍력발전기초의 국부세굴을 평가하기 위하여 3차원 수치해석인 FLOW-3D를 이용하여 모노파일과 자켓기초에 대해 해석을 수행하였다. 수치해석 결과에 의하면 모노파일과 자켓기초 레그 주위에서 국부적으로 유속이 증가하는 것으로 나타났으며, 그 후면에서는 후류 및 와류로 인하여 유속의 감소가 나타났다. 자켓기초의 경우에는 모노파일에 비해 단일 레그의 직경이 작고, 자켓레그 사이의 간섭효과 및 자켓구조물의 복잡한 형상으로 인하여 모노파일에 비하여 국부적인 유속 증가가 더 크게 나타났으며 세굴심이 더 깊게 형성되는 것으로 나타났다. 따라서, 해상풍력발전 기초의 세굴 평가 및 세굴방지공 설계시 하부구조물의 형상에 대한 고려가 필요한 것으로 판단된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제22권7호
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• pp.836-845
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• 2016

본 연구에서는 하계 한국 남동해 간절곶 주변해역의 냉수대 구조와 변동을 CTD 관측과 수층별 수온 장기 연속 모니터링 자료를 이용하여 분석하였다. 냉수대의 표층수온은 냉수기 이전과 $-12^{\circ}C$의 차이를 보였으며 해저지형 효과로 간절곶에서 냉수대 세력이 가장 컸다. 남북해역 간 등온선의 시계열분포에 간절곶을 경계로 공간변화가 발생해 간절곶 주변 해저지형이 언덕(hill)역할을 하고 있음이 추정되었다. 냉수대는 해안에 평행한 풍속이 양(+)의 값일 때 출현하는 연안용승반응을 나타냈고, 수온의 감소와 상승은 풍향이 바뀐 후 하루 이내에 반응하였다. 간절곶 주변은 얕은 수심 주위에서 발생하는 와류효과가 결합하여 바람에 의한 용승효과가 강화되었다. 수온변화는 2~6일 주기의 바람변동에 민감하였으며, 수온감소는 12~36시간의 위상차를 나타냈다. 냉수대가 출현한 7월은 2~3일 주기, 8월은 3~8일 주기에서 바람-수온변화의 상관성이 컸다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권12호
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• pp.986-993
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• 2018

측 추력 제트는 유도무기의 자세제어 및 궤도 천이 기동을 하는 데 있어 기존의 핀과 같이 제어 면을 이용한 방식보다 우수한 기동성을 갖는다. 하지만 초음속 영역에서 비행 시 측 추력 제트로 인한 제트 간섭 유동이 발생하며 충격파와 경계층 유동, 와류 유동의 상호 작용으로 인해 매우 복잡한 유동 구조를 나타낸다. 특히 직격 파괴(hit-to-kill) 방식의 요격체의 경우 정밀한 제어 및 기동이 요구되기 때문에 제트 간섭 유동이 미치는 영향에 대한 분석이 필요하다. 기존의 제트 간섭 해석은 저고도 운용 조건에서 주로 수행되었으나 중고도 운용 조건의 경우 해석 사례가 많지 않으며 대기 조건으로 인해 분사 제트 유동이 상대적으로 크게 발달하는 특징을 갖는다. 본 연구에서는 중고도에서 비행하는 요격체 형상에 대해 받음각 조건에 따라 제트 간섭 유동 해석을 수행하였다. 해석 결과를 바탕으로 유동장의 구조적인 변화 특성을 분석하였으며, 공력 계수의 변화를 비교하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권5호
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• pp.98-107
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• 2021

차기군수지원함(AOE-II) 풍향풍속계 장비에 대해서 항해시운전평가 결과, 함의 우현에서는 40~90도 부근, 좌현에서는 270~320도 부근에서 풍향풍속 검출기 움직임 오작동 현상이 발생되었다. 위의 현상에 대한 원인을 분석하고 개선하는 것이 본 연구의 목적이었다. 원인 추정으로 풍향풍속 검출기가 마스트 구조물에 가려져서 불어오는 바람의 직접적인 영향을 받지 않게 되고, 마스트 구조물 뒤쪽으로 와류 기류가 형성되어 움직임 오작동 현상을 발생시켰다고 추정하였다. 위의 문제를 해결하기 위해서 신규 설치되는 마스트 야드에 풍향풍속 검출기를 이동 설치하는 방안을 검토하였다. 진동 해석을 실시하여 진동 영향성을 검토 후 신규 마스트 야드에 풍향풍속 검출기를 설치하여 항해시운전평가로 검증하였다. 개선 방안이 일부 유효하여, 신규 마스트 야드에서 풍향풍속 검출기 위치를 마스트와 이격하여 이동 설치 후 항해시운전평가로 다시 검증하였다. 풍향풍속 검출기 움직임 오작동 현상이 더 이상 발생하지 않아서 적절한 개선방안으로 확인되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권2호
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• pp.197-212
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• 2008

최근 하천의 흐름해석 분야에서는 수위 및 하상변동 양상과 오염된 지류유입으로 인한 본류에서의 유속분포 양상 및 혼합과정 등의 실제적인 문제를 해결할 수 있는 1, 2차원적 해석이 이루어지고 있으며, 이는 복잡한 하천을 균일화된 모양과 단순화된 방정식으로 일괄 적용함으로써 많은 한계점을 나타내고 있다. 본 연구에서는 서울시 관내 지방 2급 하천인 우이천 시험유역을 대상으로 하천의 물리적인 특성 변화에 따른 흐름해석을 수행하기 위하여 3차원 RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes Equation)를 지배방정식으로 하는 CFD (Computational Fluid Dynamics)모형인 FLOW-3D를 이용하였고, ${\kappa}-{\varepsilon}$, RNG (Renormalized Group) ${\kappa}-{\varepsilon}$, LES (Large Eddy Simulation) 등의 난류모형을 적용하여 각각의 수치모의 결과를 비교 분석 하였다. 또한, 수치 해석을 통한 교량 설치부와 하류 횡단월류형 구조물에서의 난류영향 및 유속분포, 수위 압력분포, 와류특성 등을 분석하였고, 구조물의 철거에 의한 영향을 비교하여 분석하였다. 이는 향후 도시하천의 기능을 상실한 횡단 구조물 철거에 의한 장기적인 하상변동과 토사의 퇴적, 세굴 및 수질악화 등의 영향을 파악해 볼 수 있는 기초자료로 활용될 수 있으리라 사료된다.