• 기계저널
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• 제29권4호
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• pp.403-413
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• 1989

유한요소법의 전산유체 역학분야에 대한 응용현황을 계산방법과 적용례를 중심으로 정리하였다. 유한요소법의 가장 큰 장점은 복잡한 유동영역을 해석하기 위한 불규칙 요소망(unstructured mesh)의 사용이라 볼 수 있으며 적응적 요소망을 이용하여 계산의 정확도를 높일 수 있는 것 또한 강점이라 할 수 있다. 다만 불규칙 요소망 사용으로 인해 수반되는 대수 방정식 계산시간 및 기억용량의 증가는 conjugate gradient 방법 등을 이용하여 반드시 해결되어야만 한다. 지금 까지 유한요소법을 이용한 계산방법을 개발해 오는 과정을 보면 유한차분법에서 오래 전에 개 발된 방법들을 도입한 경우가 많았으며 특히 난류 및 개발된 경우가 많으며 대부분의 경우 이 들을 그대로 도입, 이용하였다. 반대로 최근에 항공기 동체설계 분야를 중심으로 복잡한 형태의 유동영역을 해석이 요구되는 경우 유한차분법, 특히 유한체적법(finite volume method)에 삼각형 유한요소를 이용한 불규칙 요소망을 도입하여 성공적으로 이용하고 있다. 따라서 전산유체 역 학의 발전을 위하여 두 분야의 유기적인 협조가 필요하며 결과적으로 전산유체 역학기법이 완 전히 기계설계의 한 분야로 정립될 수 있도록 많은 노력이 필요하다고 본다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제28권11호
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• pp.1339-1347
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• 2004

Development of the low NOx heating boiler was strongly asked due to severe air pollution and the large number of boilers in korea. Compactness of the commercial boiler was also important because of low manufacturing cost and easy installation. In this study. newly developed compact low NOx burner, using turbulent gas diffusion combustion with multi-staged air supplies and multiple fuel nozzles, was investigated. Comparison study of the new burner was performed between experimental results and computational analysis. Commercial computational fluid dynamic(CFD) program named CFX-5.6 was used for numerical analysis of the low NOx burner inside the test combustor. Comparisons of experiment data and numerical result were performed under various equivalence ratio and fuel flow rate.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2005년도 추계학술대회논문집
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• pp.475-478
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• 2005

Calculation of wear depth with regard to the wear topology is peformed numerically Four typical wear topology, that is round, crescent, flat, and diamond types are adopted to represent the configuration of wear volume. Diamond and flat types are the most severe topology for wear depth history, whereas round and crescent types have small increasing rate of wear depth to the wear volume. Based on this study we can guess that the most severe wear phenomena happens to be upper side of U-tubes in the KSNP SG, because flat or diamond wear will be generated by the wearing motion between tubes and diagonal, vertical, horizontal strips. The misalignment of tube at the stage of manufacturing or distortion of upper structure due to the thermal expansion or vibration of upper structure such as diagonal, vertical, and horizontal strips will be one of the main causes of flat or diamond wear.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.59-59
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• 2011

파랑의 전파와 변형에 대한 연구에는 수심방향으로 적분한 2차원방정식인 완경사방정식과 Boussinesq 방정식을 기반으로 한 수치모형을 이용한 연구가 최근까지 가장 활발하게 진행되어 오고 있다. 그러나 실제 구조물의 설계에는 2차원 수치모형에서 고려할 수 없는 수심방향 유속에 기인한 정확도의 문제로 인해 구조물의 형상과 재원을 설계하기 위한 정교한 수치모형실험이 어려워 주로 수리모형실험에 의존해 왔다. 수리모형실험은 실제 현상을 가장 잘 재현해낼 수 있어 신뢰성이 매우 높지만 다양한 실험을 수행하기가 어렵고 많은 시간과 비용이 소요되는 단점이 있다. 이에 따라 최근 수심방향으로 완전한 운동방정식인 Navier-Stokes 방정식을 푸는 3차원 수치모형에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이론적으로 매우 우수한 모형이긴 하나 정확도 높은 결과를 얻기 위해서는 매우 조밀한 격자를 필요로 하기 때문에 아직까지 막대한 계산시간이 필요하다는 단점이 있으나 컴퓨터 기술이 급격한 속도로 발전하고 있어 Navier-Stokes 방정식 모형의 적용 가능성은 계속 높아지고 있다. 파랑변형을 다루는 수치모형실험을 수행할 때 외부조파를 사용할 경우 구조물이나 지형에 의해 반사되어 나온 파랑이 조파지점에 도달할 때 실험영역으로 재 반사되는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 내부조파기법의 개발에 대한 연구가 필수적이었으며, 자유수면변위를 변수로 사용하는 모형의 경우 그 연구가 매우 활발하게 진행되어 왔다. 한편, Navier-Stokes 방정식 모형의 경우 자유수면변위를 변수로 사용하는 2차원 모형에 비해 상대적으로 연구가 미흡하였다. 본 연구에서는 기존의 연직 2차원 Navier-Stokes 방정식 모형에 사용된 연속방정식에 질량 원천항을 추가하는 내부조파기법을 도입하여 3차원 수치모형에서 고립파를 내부조파하고, 급경사에서의 고립파의 처오름 및 처내림 현상을 수리모형 실험결과와 비교 및 분석하였다. 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 엇갈림 격자체계에서 계산하는 동수압 모형으로서, Two-step projection 기법을 사용하는 유한차분모형을 사용하였다. 본 수치모형은 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(spatially averaged Navier-Stokes) 방정식을 계산하는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형으로, 난류 모델링을 위해 Smagorinsky LES 모형을 사용한다. 또한, 압력장의 계산을 위해 Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식의 해를 구하였으며, 자유수면 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 수치모형실험이 전체적으로 수리모형실험에서 관측한 파랑의 처오름 및 처내림 현상을 잘 재현하고 있는 것으로 나타났으며, 정량적인 비교를 통해 수치모형의 성능을 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권2호
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• pp.85-91
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• 2017

본 연구에서는 NREL 5 MW 해상풍력터빈 모형의 후류 유동장 분석을 위해 1/86 축소모형을 사용한 실험적 연구를 수행하였다. 정격출력 속도 11.4 m/s와 회전수 1,045 rpm 조건에서 열선풍속계를 사용하여 반경의 6배까지 후류에서 속도 결핍 및 난류도 변화를 측정하는 풍동시험을 수행하였다. 그 결과 풍력터빈의 후류에서의 속도결핍은 횡방향과 수직 방향으로는 반경의 2배 이내에서 회복됨을 볼 수 있었으며, 끝단 와류에 의한 영향은 반경의 5배 이후에는 나타나지 않음을 볼 수 있었다. 또한, 후류의 난류도는 블레이드 끝단 부근에서 크게 나타나며 길이방향으로 반경 거리까지는 급격한 감소가 일어나지만 이 이후부터 반경의 6배까지 유지되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권7호
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• pp.527-535
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• 2005

등류수심의 산정은 수로 설계 및 흐름 해석에 있어 매우 중요하다. 하수관은 삼각형 또는 사각형의 인공 개수로와 달리 원형, U형과 같이 곡률을 갖는 경우가 일반적이며, 이 경우 수심에 따른 통수단면적 및 동수반경의 변화가 일정하지 않으므로 등류수심 산정 또는 수식 유도에 있어 상당한 어려움을 갖는다. 그러나 단면적과 관경의 비 또는 동수반경과 관경의 비를 수심대 관경의 비로 표기하여 지수형으로 나타내면 수식의 전개과정이 매우 용이해지며, 양해법 산정식의 개발이 가능해진다. 따라서 본 고에서는 우선 실무에서 가장 많이 사용하고 있는 원형 개수로와 U형 개수로에 대한 등류수심 양해법 산정식을 제시하며, 완난류 지수형 마찰계수 산정식과 더불어 실무에서 주로 사용되는 Hagen (Manning) 산정식을 이용한 등류수심 산정식도 제시하였다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제13권6호
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• pp.452-459
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• 2003

The characteristics of fluid-elastic instability and effects of turbulent excitations for the KSNP steam generator tubes were investigated numerically. The information for the thermal-hydraulic data of the steam generator has been obtained by using the ATHOS3-MOD1 code and the flow-induced vibration(FIV) analysis has been conducted by using the PIAT(program for Integrity assessment of SG tube) code. The KSNP steam generator has the concentrated plugging zone at the vicinity of the stay cylinder inside the SG. To investigate the cause of the concentrated tube plugging zone, the FIV analysis has been performed for various column and row number of the steam generator tubes. From the results of FIV analysis the stability ratio due to the fluid-elastic instability and vibrational amplitude due to the turbulent excitation in the concentrated plugged zone have a trend of larger values than those of the outer concentrated tube Plugging zone.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2006년도 가을 학술발표논문집 Vol.33 No.2 (A)
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• pp.143-147
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• 2006

자연 현상에서 나타나는 연기나 난류의 움직임을 사실적으로 시뮬레이션을 할 때 Navier-Stokes 방정식을 이용한다. 이 방정식을 이용한 구현은 방대한 연산량과 계산의 복잡성으로 인하여 실시간 시뮬레이션이 어렵다. 이 때문에 실시간 처리를 위하여 복잡한 수식을 근사화한다. 유체 시뮬레이션의 이류(advect) 과정에서 근사화를 위해 Semi-Lagrangian 방법을 이용할 때, 연기 시뮬레이션은 시간이 지남에 따라 밀도가 현저히 줄어들고 소규모의 소용돌이(small-scale vorticity) 현상이 급격히 감소하는 등의 수치적 소실이 발생한다. 본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위해 이류항(advection term)을 계산할 때 새로운 수치적 방법을 제안한다. 본 논문에서는 이류항의 값을 구할 때, 현재 격자 주변의 값 중에서 다음 단계에 현재 격자의 위치로 오는 속도를 가진 격자를 찾아, 그 격자의 속도를 이류 속도 벡터로 활용한다. 이는 밀도와 소용돌이 현상의 수치적 소실을 줄여서 사실성을 높이고 실시간 처리도 가능하게 한다. 또한 본 논문에서는 GPU 구현을 통해 벡터 연산 등의 효율성을 높이며 시뮬레이션의 속도를 향상시킨다.

• 정보처리학회논문지A
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• 제14A권4호
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• pp.191-196
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• 2007

자연 현상에서 나타나는 연기나 난류의 움직임을 사실적으로 시뮬레이션하기 위해서는 Navier-Stokes 방정식을 사용할 수 있다. 이 방정식을 이용한 구현은 방대한 연산량과 계산의 복잡성으로 인하여 실시간 시뮬레이션이 어렵다. 실시간 처리를 위해서는 Navier-Stokes 방정식의 관사 형태를 사용하는 것이 일반적이다. 유체 시뮬레이션의 이류(advect) 과정을 근사화하기 위해, Semi-Lagrangian 방법을 이용하면, 연기 시뮬레이션의 경우는 시간이 지남에 따라 밀도가 현저히 줄어들고, 소규모의 소용돌이(small-scale vorticity) 현상 등을 표현하기가 어렵다. 본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위해 이류항(advection term)을 계산하는 새로운 수치해석 방법을 제안한다. 이 방법에서는 이류항의 값을 구할 때, 격자(grid) 중심의 현재 속도에 비례하는 임계영역을 격자 주변에 선정하고, 임계영역 내에 있는 격자들 중에서 현재 격자의 위치로 이류하는 속도를 가진 격자를 추적하여, 그 격자에서의 속도를 현재 격자의 이류속도 벡터로 사용한다. 이는 밀도와 소용돌이 현상의 수치적 소실을 줄여서, 사실성을 높이면서도, 실시간 처리가 가능하다. 본 논문에서는 GPU 구현을 통해 벡터 연산 등의 효율성을 높임으로써, 제안하는 방법의 실시간이 가능함을 보인다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2005년도 춘계학술대회논문집
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• pp.312-317
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• 2005

Fluid-elastic instability and turbulence excitation for an under developing steam generator are investigated numerically. The stability ratio and the amplitude of turbulence excitation are obtained by using the PIAT (Program for Integrity Assessment of Steam Generator Tube) code from the information on the thermal-hydraulic data of the steam generator. The aspect ratio, the ratio between the height of U-tube from the upper most tube support plate (h) and the width of two vertical portion of U-tube (w), is defined for geometric parameter study. Several aspect ratios with relocation of tube support plates are adopted to study the effects on the mode shapes and characteristics of flow-induced vibration. When the aspect ratio exceeds value of 1, most of the mode shapes at low frequency are generated at the top of U-tube. It makes very high value of the stability ratio and the amplitude of turbulent excitation as well. We can consider that the local mode shape at the upper side of U-tube will develop the wear phenomena between the tube and the anti-vibration bars such as vertical, horizontal, and diagonal strips. It turns out that the aspect ratio reveals very important parameter for the design stage of the steam generator. The appropriate value of the aspect ratio should be specified and applied.