• 대한공업교육학회지
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• v.32 no.2
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• pp.87-103
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• 2007

The purpose of this study was to develop of the smoke flow visualization device of learning wind tunnel, teaching-learning materials in order to demonstrate air-flow around the fluid-flow field qualitatively and understand the resistance concepts of fluid-flow in secondary school. The contents of this study were consisted of the development and experiment of smoke flow visualization for learning wind tunnel. The main results of this study were as follows: First, this developed teaching-learning material here will help students understand the fundamental physical phenomena related with the resistance of fluid and the various patterns of air-flow in the field of transportation technology. Second, flow visualization has shown the same tendency in both of theoretical and experimental patterns. Third, the airfoil model has the smallest wake region meaning resistance against air-flow of circular cylinder and square rod model. Forth, flow separation point at leading edge and wide wake region began to show under the angle of attack of airfoil model ${\alpha}$ is $20^{\circ}$. Fifth, the wake width of the flow field behind a golf ball with dimple became slightly narrower than that without dimple. Sixth, the developed device was made to apply the teaching and learning materials for the experiment and practice in order to increase students' interest and attitude.

• Economic and Environmental Geology
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• v.51 no.2
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• pp.131-147
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• 2018

In the present study, the safety of the near surface disposal facility for low- and intermediate-level radioactive waste (LILW) is examined based on the fluid-flow simulation model. The effects of the structural design and hydrological properties of the disposal system are quantitatively evaluated by estimating the flux of infiltrated water at the boundary of the structure. Additionally, the safety margins of the disposal system, especially for the cover layer and vault, are determined by applying the various scenarios with consideration of possible facility designs and precipitation conditions. The overall results suggest that the disposal system used in this study is sufficiently suitable for the safe operation of the facility. In addition, it is confirmed that the soundness of both the cover layer and the vault have great impact on the safety of the facility. Especially, as shown in the vault degradation scenario, capability of the concrete barrier of the vault make more positive contribution on the safe operation of the facility compared to that of the cover layer.

• The Korean Journal of Malacology
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• v.30 no.1
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• pp.9-15
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• 2014

This study is aimed at figuring out the reasons of the mass mortality of abalone and the increase in its mortality rate in the sea cage. The study suggests that lack seawater circulation in an abalone aquaculture cage is an important culprit for it. We analyzed the current distribution around a 1/20 scaled-down abalone unit cage of 4 rows and 10 columns by fluid flow visualization technique (PIV : Particle Image Velocimetry). The speed of current in the model cage definitely slowed down in the first column of a unit cage. We also observed currents going down to the bottom of a water tank from the unit cages placed in the middle. The speed of wakes behind inside the row in the middle was slower than that outside the row. Water velocity inside and outside a real abalone cage at Nowha Island adjacent to Wan Island was measured to verify results from the tank test. The speed of current in front of the cage by 2 m was 0.11 m/sec while it was only 0.0009 m/sec inside the cage. It had similar findings with those of a tank test.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.36 no.6
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• pp.1037-1048
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• 2016

In this study, nonlinear wave interaction in the presence of a uniform current is studied using numerical model, named CADMAS-SURF which is based on the Navier-Stokes equations coupled with Volume of Fluid for tracking free surface deformation. The original CADMAS-SURF developed for interaction of wave with structure is modified/extended to simulate nonlinear fluid dynamic motions within wave-current coexisting field. The capability of Numerical Wave-Current Tank (NWCT) in this study is validated by comparing with available existing laboratory experiments for both wave-following and wave-opposing current. The numerical results for interaction between wave and current are shown to be in good agreement with experimental data. Then, this study focused on the dynamic motions of the water velocity, surface elevation and vorticity within combined wave-current field in demonstrating complex nonlinear physical phenomena due to interaction between wave and current. In addition, NWCT is applied to simulate a more complex wave-current-structure field for wave propagating over a submerged breakwater associated with current. Detailed discussion including characteristics of velocity and vorticity fields and the relation between free surface and vorticity are given.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.294-294
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• 2023

보나 댐에 설치된 배수관이나 지하에 매설된 상하수도관과 같이 물을 운반하기 위한 관로 뿐만 아니라 유류를 운송하는 관, LPG와 같은 기체를 운송하는 관처럼 유체를 운송할 때 다양한 관로를 사용한다. 그 중 사용범위나 제작에 대한 용이성 등에 의해서 원형관이 주로 사용된다. 따라서 위와 같은 원형관 내의 관수로 흐름분포에 대한 연구는 아주 중요하며 필요하다. 원형관 내 흐름분포는 관에 연결된 펌프 혹은 수조나 저수지의 수위에 의한 관내 압력에 의해 지배되어지며, 관 내부 표면의 거칠기나 관의 꺾인 정도 등 다양한 요인에 영향을 받는다. 본 연구에서는 일반적인 실험결과를 도출하기 위하여 직선의 원형관을 대상으로 실험과 수치모의를 동시에 수행한다. 실험은 높이 3m, 길이 4.5m, 폭 1.5m 수조의 바닥에서부터 0.45m 위에 위치한 1.8m 길이의 아크릴 재질의 원형관이 설치된 수조에서 진행되었으며, 수치모의 또한 동일한 규모에서 수행되었다. 수조의 수위를 변화시켜 여러가지 레이놀즈 수에 따른 관 내 흐름의 변화에 대하여 분석하는 것이 목적이며, 실험결과와 수치모의 계산결과 간의 비교검증을 통해 분석한다. 이 연구에서는 난류의 영향을 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)와 LES(large eddy simulation)을 혼합한 형태인 Hybrid RANS/LES 모형 중 하나인 DES(detacged-eddy simulation)기법을 이용하여 해석함으로써, 빠른 유속으로 인한 관 내의 강한 와(eddy)에 대한 효과를 예측하는데 한계가 있는 RANS 모형과 벽면근처에서의 흐름 해석을 위해 굉장히 높은 격자해상도가 요구되어 계산적 비용 측면에서 효율이 떨어지는 LES 모형의 한계를 극복하고자 한다. DES 모형은 벽에서 떨어진 와에 대하여 LES로 직접해석하고, 벽 근처에서의 흐름에 대해선 난류모형을 통해 모델링함으로써 벽 근처 계산격자와 계산량을 줄이면서 LES와 비슷한 결과를 얻을 수 있다. 실험결과와 수치모의 계산결과 사이의 비교검증을 통하여 관 내 흐름에 대한 수치모의의 적용성을 평가하고 실험에서 측정하기 어려운 난류강도와 압력변동의 상세한 특성을 수치모의를 통해 분석함으로서 관 내 흐름특성에 대하여 자세히 분석하였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.15 no.4
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• pp.675-691
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• 2002

The focus of this work is on the development of large-scale numerical optimization methods for optimal control of steady incompressible Navier-Stokes flows. The control is affected by the suction or injection of fluid on portions of the boundary, and the objective function of fluid on portions of the boundary, and the objective function represents the rate at which energy is dissipated in the fluid. We develop reduced Hessian sequential quadratic programming. Both quasi-Newton and Newton variants are developed and compared to the approach of eliminating the flow equations and variables, which is effectively the generalized reduced gradient method. Optimal control problems we solved for two-dimensional flow around a cylinder. The examples demonstrate at least an order-of-magnitude reduction in time taken, allowing the optimal solution of flow control problems in as little as half an hour on a desktop workstation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.308-308
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• 2017

국내 하천에 설치된 횡단구조물은 2009년을 기준으로 약 20,753개로 알려져 있으며 수위 유지, 하상고 유지 등의 목적을 가지고 설치된다. 그러나 낙차를 가진 빠른 유속의 흐름을 형성시켜, 하류 하상에서 국소 세굴을 발생시킨다. 이를 방지하기 위해 횡단구조물 하류에 굴요성 구조(flexible structure)인 돌망태, 블록공, 사석 등으로 이루어진 바닥보호공(bed protection)이 설치되나 유실, 침하 등의 문제가 빈번히 발생되고 있어, 문제를 해결하기 위한 연구가 필요하다. 본 연구는 이러한 피복 대책에서 일어날 수 있는 파괴 기구인 전단파괴, 흡출 파괴, 경계 파괴, 하상 형태 변화에 따른 하부 침식 중 흡출 파괴(winnowing failure)를 유발하는 흐름을 검토하기 위한 수치모의를 수행하였다. 이때 흡출 파괴는 바닥보호공의 공극으로 미세한 하상 재료가 난류와 침투류의 작용에 의해 침식되어 바닥보호공이 침하되는 것을 말한다. 수치모의는 전산유체동역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 모형인 FLOW-3D 모형을 이용하였으며, 난류 모형으로 LES 모형을 적용하고 조밀한 격자를 부여하여 바닥보호공의 공극에서 발생되는 비교적 작은 척도의 와(vortex)를 해상할 수 있도록 하였다. 수치모의에 적용된 횡단구조물은 보, 물받이공, 바닥보호공으로 구성하였으며 특히, 바닥보호공의 형상은 구체(sphere)로 가정하여 다층으로 배치하였다. 바닥보호공의 공극 또는 구체 사이에서 발생되는 유속, 압력 등의 흐름특성을 분석한 결과, 바닥보호공 두께가 두꺼울수록 흡출 파괴에 대해 안정적인 것으로 나타났다. 이는 바닥보호공 설계를 위한 기초자료로 활용될 수 있으며, 향후 입자영상유속계(Particle Image Velocimeter, PIV)와 같이 공극에서 흐름을 측정할 수 있는 방법과 병행한 연구를 수행할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.171-171
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• 2022

난류 수체에서 관성입자의 침강속도는 정지 수체에서보다 빠르고, 그 침강속도의 증가비율은 입자의 관성력과 난류의 길이 스케일에 큰 영향을 받는다고 알려져 있다(Wang and Maxey, 1993; Yang and Shy, 2003; Wang et al., 2018). 본 연구에서는 개수로 흐름에서 난류의 영향을 받는 관성입자의 침강속도를 측정하고, 정지 상태의 침강속도에 대한 침강속도의 증가비율과 난류 인자의연관성에 대해 조사하였다. 실험에 사용된 관성입자는 비중 1.35, 직경 300 ㎛에서 2000 ㎛까지의 구형 플라스틱(PE; polyethylene) 입자이며, 해당 입자들의 침강속도는 PTV(particle tracking velocimetry) 방식을 통해 측정하였다. 그리고 PIV(particle image velocimetry) 기법을 통해, 개수로 흐름의 난류 에너지 소산율(energy dissipation rate, ϵ)과 그에 따른 Kolomogorov 길이 스케일을 측정하였다. 실험 결과, 모든 직경 조건에서 플라스틱 입자는 난류 흐름에서의 침강속도가 정지 수체에서의 침강속도보다 빠름을 보였으며, 그 비율은 입자 직경이 난류의 길이 스케일과 유사하거나 작아질 때 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 유체 내에서의 관성입자의 거동에 대한 이론식과 비교하여 관성입자의 침강에 미치는 여러 힘들의 상대적 관계를 파악하였다. 본 연구의 결과는 자연 수체에서 미세플라스틱의 거동을 이해하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.72.1-72.1
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• 2010

지금까지 연료전지 시스템의 효율을 극대화시키기 위한 기술들이 개발되어 왔는데, 대표적인 방법은 CHP(Combined Heat & power)와 FCT(Fuel cell & Turbine) Hybrid 시스템이다. 그러나 본 연구의 기술은 연료전지 배열을 이용한 Coanda 공기증폭기를 장착한 새로운 개념의 고효율 연료전지 시스템이다. 원래 공기 증폭기는 완만한 곡면 주위를 흐르는 유체가 곡면의 표면을 따라 흐름의 방향이 바뀌는 원리(Coanda Effect)를 이용한 장치로서, 소량의 고압유체를 구동 에너지원으로 사용하여 최고 20배에 해당하는 많은 양의 주변 유체를 빠른 속도로 이송시키는 역할을 한다. 문제는 고압의 유체원을 만드는 것인데, 본 연구에서는 발전용 연료전지 시스템의 배기가스를 활용하여 먼저 고압의 수증기를 발생시키고, 다음으로 고압의 수증기를 공기 증폭기의 구동원으로 사용함으로써 연료전지 시스템의 Air blower를 대체하는 것이다. 이러한 개념을 검증하기 위해서 고압의 스팀작동 Coanda 공기증폭기를 제작하여 선행실험을 진행하였다. 먼저 공기증폭기의 Gap 및 스팀압력에 따른 공기유량, 압력 등의 기본특성을 조사하였고, 출력 공기의 특성을 개선하기 공기증폭기의 형상 및 재료를 새롭게 설계하였다. 그리고 실제 시스템의 적용가능성을 알아보기 위해서, 예로 300kW급 용융탄산염 연료전지 발전시스템의 Air blower 대체가능성을 확인하였고, 배열이용 Coanda 공기증폭기를 활용한 고효율 연료전지 시스템의 개념설계를 수립하였다. 결론적으로 본 기술을 활용하면 연료전지 시스템의 최종 전기효율을 향상시킬 뿐 아니라는 시스템의 장기 신뢰성을 증대시키는 효과를 기대할 수 있다.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.30 no.10
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• pp.55-65
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• 2014

Recent researches on debris flow is focused on understanding its movement mechanism and building a numerical simulator to predict its behavior. However, previous simulators emulating fluid-like debris flow have limitations in numerical stability, geometric modeling and application of various boundary conditions. In this study, depth integration is applied to continuity equation and force equilibrium for debris flow. Thickness of sediment, and average velocities in x and y flow direction are chosen for main variables in the analysis, which improve numerical stability in the area with zero thickness. Petrov-Galerkin formulation uses a discontinuous test function of the weighted matrix from DG scheme. Presented mechanical constitutive model combines fluid and granular behaviors for debris flow. Effects on slope angle, inducing debris height, and bottom friction resistance are investigated for a simple slope. Numerical results also show the effect of embankment at the bottom of the slope. Developed numerical simulator can assess various risk factors for the expected area of debris flow, and facilitate embankment design in order to minimize damage.