• 전산구조공학
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• 제4권1호
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• pp.36-41
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• 1991

Structure와 flow, 크게는 인간생활과 자연생활을 대상으로 하는 풍공학에 있어서 가장 중요한 해석방법으로써 전산해석과 풍동실험을 들 수 있다. 금세기 후반에 들어 컴퓨터의 출현 모든 공학분야의 발전에 크게 기여하고 있다는 것은 모두가 인지하는 사실이다. 풍공분야에 있어서도 컴퓨터는 데이타의 처리를 양적으로는 물론 질적으로도 크게 향상시켜주었고 유동장에 구조물이 존재할 때 그 주위를 통과하는 유체에 대한 기존의 사고방식에 새로운 변화를 주고 있다. 그러나 유체라는 것은 매우 복잡하여 이상화된 이론적 취급만으로는 충분히 규명될 수 없는 점도 있고 또한, 이론의 결과를 실제에 이용하기 위해서는 그것을 확인할 필요가 있기 때문에 풍동실험을 하게 된다. 최근 컴퓨터의 발달과 계산기술의 향상에 큰 성과를 올리고 있으나, 구조물의 유체력탄성거동시에 구조물에 미치는 비정상유체력의 평가에는 풍동실험을 이용하는 것이 현재의 풍공학의 주류라 할 수 있다. 본 고에서는 현재 풍공학에서 다루어지고 있는 주요 토픽 중 몇가지를 컴퓨터를 이용한 수치해석적 입장과 풍동을 통한 실험적 입장에서 고찰해 보고자 한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권6호
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• pp.653-663
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• 2012

본 논문에서는 높은 기동성을 목적으로, 적절한 양력과 추진력이 발생하도록 스트로크 평면의 경사각을 고려하여 경로최적화를 수행한다. 기동성비행은 추진력을 최대화하는 비행, 양력을 최대화하는 비행, 양력과 추진력을 동시에 최대화하는 비행 세 가지로 정의하고 날갯짓운동은 단순한 사인함수로 이루어진 플런징과 피칭운동으로 정의하였다. 경로최적화 과정에서 직교배열표를 이용하여 후보점을 생성하고, 그 후보점에서 2 차원 비정상 유동해석을 하였다. 유동해석 결과를 바탕으로 크리깅방법을 이용하여 근사모델을 생성하였다. 그리고 설계정식화를 정의하고 유전알고리즘을 이용하여 최적화를 수행하였다. 세 가지 목적의 날갯짓 경로의 최적화를 통해 기동성비행을 위한 날갯짓 경로를 제시하였다. 또한 날갯짓 운동으로 인해 생성되는 와류를 분석함으로써 양력과 추진력의 발생원리를 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제41권6호
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• pp.705-712
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• 2022

감압밸브에서 발생하는 급격한 압력저하는 강한 소음원으로 작용하여 배관을 따라 압축성 압력섭동을 전파시키며, 이는 음향유기진동의 가진원으로 작용한다. 따라서 본 연구에서는 감압밸브가 있는 배관 시스템에서 곡관에 의한 압축성 압력섭동의 저감 효과를 확인할 수 있는 수치기법을 개발하였다. 배관 내 밀도 변화에 의한 음향파 성분을 모사하기 위해 고정밀 해석기법인 비정상 압축성 대와류모사 기법을 적용하였으며, 아격자 모델로는 Smagorinsky-Lilly 모델을 적용하였다. 배관을 따라 전파되는 압축성 압력섭동 성분을 유동장 정보로부터 추출하기 위하여 파수-주파수 분석을 수행하였으며, 곡관을 기준으로 상류방향 배관과 하류방향 배관의 벽면 압력을 활용하였다. 이를 통해 평면파 성분과 n=1에 해당하는 모드 성분이 하류 방향을 따라 강하게 나타나는 것을 확인하였으며, 곡관을 전후로 전체 음향파워가 3 dB 저감되는 것을 확인함으로써 곡관에 의한 압축성 압력섭동 저감 효과를 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권1호
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• pp.18-23
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• 2006

본 연구에서는 Gurney 플랩이 달린 NACA 0012 익형에 대한 플러터 해석을 시간 영역에서 수행하였다. 2차원 비정상 압축성 Navier-Stokes 방정식과 Lagrange 방정식으로 부터 유도한 2계 자유도 plunge & pitch 모델을 지배방정식으로 하여 연성 결합 기법을 통해 플러터 해석을 수행하였다. 계산 결과 Gurney 플랩을 장착할 경우 NACA 0012에 비해 플러터가 발생하는 속도가 낮아졌고, 마하수가 0.85보다 작은 영역에서는 Gurney 플랩의 플러터 경계 곡선은 안전 여유를 상회하는 영역에 위치하였다. 그러나, 마하수가 0.85에서 0.9사이일 경우에는 안전 여유에 근접하게 되므로 이러한 운용 영역에서는 Gurney 플랩의 사용에 주의를 요한다.

• 한국가스학회지
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• 제19권4호
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• pp.35-40
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• 2015

열교환기의 전열관군은 전열관군 외부로 흐르는 유동에 의해 유동 유발 진동이 일어나며 이것으로 말미암아 전열관군에서 파손을 야기할 수 있어서 열교환기의 구조적 안정성을 위해 열교환기의 전열관군에서 유동 유발 진동 특성을 규명할 필요가 있다. 일반적인 열교환기 전열관군에서 유동 유발 진동에 관한 실험적 연구는 기존에 많이 진행되어 오고 있으며 유동 유발 진동에 대한 무차원 PSD(Power Spectral Density) 함수를 무차원 주파수인 Strouhal 수, fU/U의 함수로 도출된 실험적 결과들이 도출되어 있다. 본 연구는 열교환기 단일 원관에서 유동 유발 진동에 관한 기존의 연구들의 결과를 전산유체해석을 통해 검증하고 배열회수 보일러의 전열관군의 유동 유발 진동 특성에 적용하기 위한 기반을 마련하는 것을 목적으로 한다. 이러한 것을 위해 단일 원관에서 비정상 상태 유동해석을 수행하여 주기적인 와동 발생 특성과 원관에서의 양력과 항력의 변화 특성을 살펴보았다. 또한 원관에서 양력과 항력의 변동 특성으로부터 유동 유발 진동에 따른 PSD 특성 결과를 도출하여 기존의 연구들과 비교를 통해 원관 주위의 PSD 특성을 살펴보았으며 양력과 항력의 진폭과 주파수의 특성을 규명하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.100-100
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• 2022

일반적으로 유체와 구조물간 상호작용의 수리동역학적 모의에서는 벽경계조건을 통하여 유동에 대한 구조물의 영향이 반영된다. 하지만 도심지에서 발생한 홍수를 예측하려는 경우 이러한 방법으로는 밀집한 구조물들 사이에 형성된 좁은 길들로 인하여 세밀한 격자망을 요하여 큰 계산량을 유발하고 빠른 예측 속도를 기대할 수 없게 한다. 최근 이러한 문제를 극복하기 위해 성긴 격자망에서도 구조물의 유체에 대한 영향을 반영할 수 있도록 하는 방법들이 큰 관심을 받고 있다. 그 중에서도 다공성 천수방정식은 벽경계조건 대신 다공도(posority)의 개념을 이용한 모형으로 도시범람모의에 있어 계산량과 정확도를 가장 적절하게 타협한 모형으로 보고되고 있다. 이러한 흐름에 맞추어 본 연구는 다공도 천수방정식을 해석하는 수치 기법을 개발하였고, 여기에 최근 쌍곡선계 방정식의 수치적 연구들에서 소개된 주요 특징들이 반영되도록 설계하였다. 우선, WENO 기법과 Runge-Kutaa 기법을 통하여 공간과 시간에 대한 고차 정확도를 만족시켰다. 이 때, 재구성 변수와 알고리즘를 새롭게 제시하여 정상흐름조건에 대한 플럭스항과 생성·소멸항간 절단오차에 의한 비물리적인 흐름생성을 억제하였다. 또한, 수치모의 중 음수심의 발생으로 인하여 수치모형이 불안정해지는 현상을 막기 위해, 양-보존성 제한자를 구축하였다. 마지막으로 도심지에서 즐비한 인위적인 구조물에 의해 나타나는 지형적인 불연속의 효과를 적절하게 반영할수 있도록 정상파 재구축의 단계를 구축하여 수치 기법에 반영하였다. 이렇게 구성된 수치기법은 리만문제의 해석해에 기반하여 기존의 주요 연구들의 결과와 비교되었고, 그 결과 본 연구의 방법이 정확성, 수렴성, 안전성의 측면에서 가장 우수함을 수치적으로 증명하였다.

• 한국음향학회지
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• 제39권6호
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• pp.524-532
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• 2020

본 논문에서는 무선진공청소기용 팬 모터 단품으로부터 방사되는 공력소음을 저감하기 위하여 팬 모터 단품 내부의 기존 임펠라에 스플리터 날개를 설계하였다. 우선, 팬 모터 단품, 특히 임펠라의 유동장을 분석하기 위하여 전산유체역학 기법을 사용하여 비정상, 비압축성 Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 수치적으로 해석하였다. 예측한 유동장 결과를 입력값으로 Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H) 적분 방정식을 풀어 임펠라로부터 방사되는 소음을 수치적으로 예측하였다. 예측한 음압스펙트럼과 측정값의 비교를 통하여 수치해석방법의 유효성을 검증하였다. 예측한 유동장 결과에 대한 추가 분석을 통하여 임펠라 날개 사이에서 강한 와류가 형성되는 것을 확인하였다. 와류는 유동에는 손실로 소음에는 소음원으로 작용하기 때문에 기존 임펠라에 스플리터 형상을 추가 설계하여 와류를 억제하고자 하였다. 스플리터의 길이와 위치를 설계 인자로 선정하였으며, 다구찌 기법을 사용하여 각각의 설계 인자가 공력소음에 미치는 영향도를 살펴보았다. 이 결과로부터 최소소음을 나타내는 스플리터의 최적 위치와 길이를 결정하였다. 최종 선정된 설계안에 대한 추가 해석을 통하여 소음성능이 개선됨을 확인 하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권10호
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• pp.6641-6646
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• 2015

배열회수 보일러의 전열관군은 외부에 가스터빈에서 나온 고온의 배기가스가 흐르게 된다. 이러한 유체의 흐름으로 인해 전열관군에서 시간변화에 따라 양력의 변동이 발생하는데 이에 따라 유동 유발 진동이 발생한다. 이러한 진동이 배열회수 보일러의 전열관군에서 파손을 야기할 수 있어서 열교환기의 구조적 안정성을 위해 열교환기의 전열관군에서 유동 유발 진동 특성을 규명할 필요가 있다. 일반적인 열교환기 전열관군에서 유동 유발 진동에 관한 실험적 연구는 기존에 많이 진행되어 오고 있으며 유동 유발 진동에 대한 무차원 PSD(Power Spectral Density) 함수를 무차원 주파수인 Strouhal 수, fU/U의 함수로 실험적 결과들이 도출되어 있다. 본 연구는 열교환기 전열관군에서 유동 유발 진동에 관한 기존의 실험적 연구들의 결과를 전산유체해석을 통해 검증하고 배열회수 보일러의 전열관군의 유동 유발 진동 특성에 적용하기 위한 기반을 마련하는 것을 목적으로 한다. 이러한 것을 위해 기존 연구에서 실험에 사용한 전열관군에서 비정상 상태 유동해석을 수행하여 전열관군에서의 양력 변화 특성을 살펴보았다. 또한 전열관군에서 양력 변동 특성으로부터 유동 유발 진동에 따른 PSD 특성 결과를 도출하여 기존의 연구들과 비교를 통해 전열관군에서의 PSD 특성을 정립하였다.

• 한국음향학회지
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• 제40권6호
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• pp.555-565
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• 2021

본 연구의 목표는 냉장고 냉동실 냉기순환용으로 사용되는 후향익 원심팬 시스템을 대상으로 익형의 형상을 최적설계 하여 유동성능 및 소음성능을 향상시키는 것이다. 대상 시스템은 전형적인 원심팬 시스템에서 사용되는 스크롤 하우징 형상 없이 두 개의 Volute가 후면 덕트 시스템과 연계하여 냉기를 공급한다는 특성을 가지고 있다. 먼저 팬 시스템의 유동 및 소음성능을 실험적으로 평가하였다. 유동실험에서 팬 성능 시험기를 사용하여 P-Q 곡선을 도출할 수 있었으며, 무향실에서 소음실험을 통해 소음 스펙트럼을 측정하였다. 다음으로, 3차원 비정상 Navier-Stokes 방정식을 전산유체역학을 사용하여 수치해석하여 유동 특성을 분석하였으며, 예측한 유동장을 입력값으로 Ffowcs Willams-Hawkings방정식을 이용해 소음해석을 수행하였다. 수치해석결과는 실험 결과와 비교를 통해 그 유효성을 검증하였다. 검증된 수치해석 기법을 기반으로 반응표면법의 2인자 중심합성법을 통해 유량이 최대가 되는 입구각 및 출구각을 도출하였다. 마지막으로 최적화된 팬을 대상으로 시제품을 제작하여 실험한 결과 개선된 유량 성능 및 소음성능을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권8호
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• pp.511-517
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• 2016

3차원의 협착 혈관모델을 3D 프린터를 이용하여 제작하였다. 협착부는 관의 중심축에 대하여 대칭인 형태이며, 협착부가 0도인 직관과 10도로 굽어진 관인 두 가지 모델에 대하여 실험을 수행하였다. 협착모델 내부 속도장을 매질에 대한 왜곡 없이 측정하기 위하여 굴절률일치법을 이용하였다. 정량펌프를 사용하여 발생된 맥동유동은 펌프의 회전속도로 세 가지의 속도조건을 조절하였다. 비정상상태의 속도장은 time-resolved PIV 기법을 이용하여 측정되었다. 주기적인 와류의 생성과 이동은 관 내 최대속도 영역과 관련 있으며, 와류의 크기와 위치 및 대칭성은 레이놀즈수와 관의 기하학적 구조에 영향을 받음을 알 수 있었다. 곡선관에서는 협착부 하류에 재순환 영역이 관찰되며, 이는 혈류역학적 관점에서 혈전의 형성과 침착 가능성을 설명해준다.