• 자원환경지질
• /
• 제41권6호
• /
• pp.731-746
• /
• 2008

대부분의 분을 흐름 접근 방식을 따르는 다상흐름모델들은 주로 유체나 매질의 비 압축성을 가정하거나 완전한 삼상 오염물을 다루지 않고 이상 유체 (물 또는 공기, 물 또는 불용융성유체)의 거동만을 다룬다. 그러나 본 연구에서는 유체 및 매질의 압축성과 완전한 삼상 오염물을 가정하는, 분율흐름접근방식을 따르는 수학적 지배방정식을 개발하고, 이를 토대로 압축성 유체 및 매질을 고려한 삼상흐름 수치모의프로그램을 개발하였다 개발된 삼상흐름 수치모의프로그램 (Compressible Multiphase Flow Simulator, CMPS)을 검증하기 위해서 기존에 개발된 비압축성 유체 및 매질을 고려한 삼상흐름수치모의 프로그램인 MPS (Suk and Yeh, 2007; Suk and Yeh, 2008) 및 해석해를 통해서 간접적으로 비교 검증하였다. 비교결과 CMPS와 MPS의 결과와 해석해들은 서로 잘 일치하였다. 따라서 CMPS는 압축성 유체 및 매질을 고려한 삼상흐름 수치모의를 구현 할 수 있는 가능성을 가진다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
• /
• pp.65-69
• /
• 2015

하천에서 유사이동은 하천환경과 하천형상을 결정하는 주요 요소이므로 이를 해석하는 것은 매우 중요하다. 그러나 유사이동은 일반적으로 이상흐름 (two-phase flow)이며 난류를 동반하기에 이를 해석하기에는 쉽지 않다. 이상흐름을 해석하는 방법으로는 유사를 연속상인 유사구름(sediment cloud)으로 표현하여 해석하는 Euler-Euler 모형이 있으며 입자를 직접 추적하여 해석하는 Euler-Lagrange 모형이 있다. 본 연구에서는 유사이동 해석을 위하여 Euler-Lagrange 모형을 사용하였으며 흐름의 진동성분을 고려하기 위하여 EIM (Eddy Interaction Model)을 사용하였다. 유체의 유속은 Dou (1987)가 제시한 경험식을 사용하였고 난류운동에너지와 소산률은 Nezu and Nakagawa (1993)가 제시한 식을 사용하였다. EIM에서 입자에 발생하는 와의 영향시간(eddy interaction time)을 계산하기 위해 Gosman and Ioannides (1983)가 제시한 eddy lifetime과 eddy crossing time을 사용하였다. 유사입자는 입자의 운동량방정식을 풀어 그 거동을 추적하였으며 일정 시간 후 입자의 수를 이용하여 농도를 계산하였다. 유체에 발생하는 유속의 진동성분에 의해 입자가 부상하고 중력에 의해 흐름에 따른 일정한 농도분포 형태를 가지는 것을 확인하였다. 유사의 입자크기와 흐름에 따른 농도분포를 계산하였으며, 이를 측정치와 비교하여 EIM의 적용성을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제57권8호
• /
• pp.493-507
• /
• 2024

RANS 기반의 CFD 해석은 계산 효율성이 높아 실무 수리해석을 포함한 다양한 공학 분야에서 널리 적용되고 있으나 자유수면과 같이 이상유체흐름 해석에서 비물리적인 거동이 나타나는 문제가 오랫동안 제기되어 왔다. 일반적인 RANS 기반의 해석에서 적용되는 2 방정식 난류 모형은 단상유체를 대상으로 개발되어 유체 밀도의 급격한 변화가 발생하는 이상유체에서는 경계면에서 실제와 다른 높은 난류 에너지 생성을 모의한다. 최근 이를 해결하기 위해 개발된 방법 중의 하나인 부력 수정 난류 모형은 해안 분야에 적용되어 일부 적합성이 검증되었으나 개수로 흐름에 적용된 사례는 없다. 본 연구에서는 오픈 소스 프로그램인 OpenFoam의 VOF 기법을 기반으로 부력 수정 난류 모형의 적용성을 평가하였다. 등류 흐름 적용 결과에 의하면 부력 수정 k-𝜖 모형과 부력 수정 k-ω SST 모형이 자유수면 부근에서의 난류 에너지 저감 현상을 잘 모의함을 확인하였으며, 특히 부력 수정 k-ω SST 모형은 연직 유속 분포를 잘 모의함을 확인하였다. 또한 댐 붕괴 흐름에 적용하여 수면형의 변동이 크고 공동이 형성되는 경우에 대해 검토하였다. 모의 결과 부력 수정 난류 모형은 VOF 기법에 따라 상이한 결과를 나타내며 실험결과와 다른 비물리적인 거동을 나타내었다. 부력 수정 난류 모형이 수면이 안정적인 형태인 경우에는 적용성이 있으나 자유 수면의 급격한 변화가 발생하는 경우에 범용적으로 적용하기에는 여전히 한계가 있는 것으로 나타났다. 수면형이 급격하게 변화하거나 공동이 형성되는 흐름의 경우에는 난류 모형에 대한 적절한 보정이 필요한 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
• /
• pp.497-498
• /
• 2011

나노입자는 벌크 재료와는 다른 광학적, 전기적, 촉매적 특징 때문에 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. 나노유체의 성질은 나노입자의 크기와 형상, 분산성등과 같은 여러 요인에 의해서 결정되어진다. 이러한 나노입자의 특징 때문에 여러 응용분야에서 활용되어지고 있다. 예를 들면, 일반 유체에 나노입자를 분산시키면, 열전도도와 대류열전달효과가 증대되어 진다. 이러한 나노유체의 제조법으로는 크게 두 가지로 분류되어 있다. 투스텝법은 환원법 혹은 기계적으로 제작한 나노입자를 일반 유체에 혼합시킨 후 분산을 시켜 제조하는 제조법이다. 원스텝법은 투스텝법과는 달리 한번에 나노유체를 제조하는 제조법이다. 일반 유체에서 나노유체를 제조함과 동시에 분산을 시켜서 제조한다. 최근, 유체내에서 나노유체를 제조함과 동시에 분산을 시켜 나노유체를 제조하는 새로운 기술인 유체 플라즈마법이 개발되었다. 하지만, 유체 플라즈마의 일반적인 거동과 해석이 명확하게 규명되지 않은 상태이다. 본 연구에서는 유체 플라즈마의 발생 메카니즘 규명을 위한 방전 시간, 전압, 단극 직류 전력, 극간거리에 따른 유체 플라즈마의 특징을 OES와 오실로스코프를 이용하여 측정하였다. 또한, 제조된 나노유체의 특징을 UV-vis nir spectropgotometer, HR-TEM, zeta-potential, EDS, ICP-OES, KD2 pro and lambda로 측정하였다. 유체 플라즈마를 각 조건에 따라 발생시켰고, 나노유체를 성공적으로 제조하였다. 유체 플라즈마의 주요 발생 원소는 산소와 수소이온으로 측정되었다. 유체 플라즈마의 강도는 전기에너지가 증가함에 따라서 증가함으로 측정되었다. 제조된 나노입자의 크기는 유체 플라즈마의 강도가 증가함에 따라서 감소하였고, 대부분의 나노입자의 형상은 구형으로 제조되었다. 나노유체의 분산안정성 또한 유체 플라즈마의 강도가 증가함에 따라서 증가하였다. 직경이 $18.1{\pm}5.0$ nm인 나노유체의 열전도도는 3%로 측정되었다. 유체 플라즈마에 의한 나노유체의 제조 메카니즘을 다음과 같이 제안한다. 유체내에서 전기에너지 인가에 따른 이온과 전자의 흐름은 유체 플라즈마를 발생시킨다. 기본 유체는 물이므로 유체 플라즈마의 주요 발생 원소는 수소와 산소이며, 인가되는 전기에너지량이 증가함에 따라서 이온과 전자의 흐름이 증가됨으로서 유체 플라즈마의 강도가 증가함으로 추측한다. 유체 플라즈마 발생은 전자의 흐름과 관계되어진다. 따라서, 유체내에 존재하는 전구체에 전자가 제공되어짐에 따라서 금 입자를 환원시켜 입자가 형성된다. 또한, 유체 플라즈마는 나노입자를 음전하로 대전시켜 분산안정성의 확보가 되는 것으로 추측되어진다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
• /
• 제20권1호
• /
• pp.97-105
• /
• 2011

하천에서, 생물막은 녹갈색의 얇은 막의 형태로 돌, 식물, 그리고 기타 구조물의 표면에 부착되어 있다. 생물막은 주로 영양물의 순환, 수질정화, 바닥 침전물 제거, 그리고 먹이사슬내의 에너지 흐름에 매우 중요한 역할을 한다. 본 연구에서, 우리는 유체 흐름 안에서, 독소-생산 종과 독소-민감 종의 복합적 생물막을 전산 모사하는 모델을 개발하였다. 유체 흐름으로는 균일한 흐름과 불 균일한 흐름 두 가지를 고려하였다. 균일한 흐름은 확률 프로세스로 구현되었으며, 불 균일한 흐름은 나비어-스톡스 방정식으로 구현되었다. 모델에서, 독소-생산종과 독소-민감종 간의 상호작용을 고려하기 위해, 종 개체의 번식률과 사망률이 고려되어졌다. 우리는 서로 다른 두 유체 흐름 내에서 전산 모사 되어진 생물막의 구조적 형상에 대해서 간략히 논의 하였다.

• 한국해양학회지
• /
• 제28권1호
• /
• pp.17-23
• /
• 1993

회전반 위에서 상하경계면이 경사진 (${\beta}-effect$) 원통용기에 이층유체를 만들어 하층에 같은 밀도를 갖는 외부유체를 주입하여 경계면 변형에 따른 상층유체의 흐름을 관찰하였다. 상하층유체간의 경계면마찰을 최소화하여 하층유체운동(Sverdrup type) 에 따른 경계면의 변화에 적응하기 위한 상승유체 흐름은 internal Frounde Number($F_1$)에 민감하게 반응함을 보인다. 특히 $F_1$값이 6이상인 경우에는 상층유체운동 특성인 두 개의 폐쇄순환의 방향이 반대가 되어 서안경계류의 분리현상을 나타내고 있다. 서안에서의 분리 지점 역시 $F_1$값에 의존하며, 특히 $F_1{\;}~{\;}6$인 경우 가장 북쪽에서 분리되는 현상을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.542-545
• /
• 2007

터널의 노면 양쪽에 관로를 설치하여 유입된 지하수를 배출시키는 방법은 일반적인 터널 배수공법이지만 배수관로의 설치를 위한 추가적인 굴착은 공사기간과 공사비의 상승으로 이어지는 실정이다. 이에 터널 내에 별도의 배수관로 굴착 없이 노면 하부에 다열기둥을 일정 간격으로 매설하여 지하수의 흐름방향을 노면 하부로 유도시키는 경제적인 배수시스템이 현재 연구 중이다. 이 터널배수시스템은 추가적 굴착이 없어 기존의 배수시스템보다 경제적이지만 다열기둥의 연속적인 배치를 필요로 하므로 기존의 관로배수방식보다 더 많은 유체의 흐름저항을 받게 된다. 따라서 유체의 흐름에 효율적인 다열기둥 간의 배치간격에 대한 연구가 필요하다. 그래서 본 연구에서는 노면 하부에 다열기둥이 매설된 터널 내로 유입하는 지하수 배출을 목적으로 다열기둥 간의 배치간격에 따른 Manning계수의 변화를 수리실험을 통해 측정 분석하였다. 특히 Manning계수는 개수로에서 유체흐름 저항의 정도를 파악하는 데 이용되는 인자로 이를 활용하여 지하수 배수에 적절한 다열기둥 배치간격을 산정하였다. 본 연구를 통해 얻어진 수리실험 자료는 노면하부에 다열기둥을 매설하는 터널공사의 실제 설계를 위한 기초적인 참고자료로 사용될 것으로 기대된다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
• /
• 제3회(2014년)
• /
• pp.539-543
• /
• 2014

임의의 물체가 유체 내에서 운동하거나 정지해 있을 때 유체에 의해서 운동에 방해가 되는 힘을 형상저항이라고 한다. 형상저항은 레이놀즈수에 의한 경계층의 흐름형태에 따라 변화하며, 경계층의 흐름형태는 레이놀즈수가 $10^5$보다 작은 경우 층류로, 그 이상의 경우 난류로 나타난다. 본 연구에서는 유체 내에 물체가 정지해 있을 경우 조도에 따른 형상저항의 변화를 알아보기 위해 각기 다른 조도를 가진 실린더를 모델링해 EDISON_CFD을 이용하여 전산 해석을 하였다. 실린더의 표면에 파장의 주기와 진폭, 층류와 난류 영역에서의 항력계수의 변화에 대해 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
• /
• pp.292-292
• /
• 2017

하천에서 주로 부유사의 형태로 이송되는 유사는 크게 점착성 유사와 비점착성 유사로 구분된다. 입자의 크기가 약 $63{\mu}m$이하인 유사는 입자 표면의 전자기적 점착력의 영향이 우세하여 유사입자들은 지속적인 응집현상을 겪는다. 응집 현상을 통해 유사의 가장 단위인 일차입자(Primary Particle)들은 하나의 커다란 덩어리인 플럭(Floc)을 형성한다. 응집현상이 중요한 이유는 형성된 플럭의 크기 및 밀도가 끊임없이 변화하는 데 있다. 크기와 밀도의 지속적인 변화로 인하여 유사의 부유에 직접적으로 관계하는 침강속도가 변화한다. 우리나라의 금강 및 낙동강의 하구는 점착성 유사가 지배적인 환경으로, 하구에서의 유사 이동을 살펴보기 위해서는 흐름 방향 및 연직방향으로의 흐름 특성(Hydrodynamics)변화와 응집 모형을 통한 응집 현상의 고려가 필수적이다. 이에따라, 본 연구에서는 흐름 방향 및 연직방향으로의 2차원 점착성 유사 이동모형에 관한 개념적 틀(Framework)을 제시한다. 2차원 점착성 유사 이동 모형의 개념적 틀은 기존의 1차원 연직 점착성 유사 이동 모형을 근간으로 한다. 모형에서 흐름을 구성하는 지배 방정식은 오일러-오일러 이상방정식(Eulerian-Eulerian Two-Phase Equation)을 통해 얻는다. 유사상(Sediment Phase, Dispersed Phase)와 유체상(Fluid Phase, Continuous Phase)는 혼합물 이론(Mxiture Theory)를 통해 하나의 혼합물 상(Mixture Phase)의 지배방정식으로 대표된다. 난류의 계산은 와점성 모형 중 -${\varepsilon}$모형을 통해 수행되며, 부유사의 농도는 유사의 이송-확산 방정식을 통해 모의된다. 입력된 흐름 조건을 따라 초기 흐름이 모의되면, 유체 내에서 시간에 따른 플럭의 크기가 계산된다. 플럭의 크기가 계산되는 과정에서 밀도와 침강 속도가 계산되며, 그 이후에 유체 내 유사의 농도가 계산된다. 난류 모의가 수행되고 난 이후에, 유속이 재계산 된다. 이러한 과정을 통해 흐름 방향 및 연직 방향으로의 유사 이동 모의가 가능한 2차원 점착성 유사 이동 모형이 개발될 수 있을 것이라고 생각된다.

• 대한기계학회논문집
• /
• 제11권1호
• /
• pp.1-18
• /
• 1987

본 연구에서는 입자가 부상된 이상난류제트유동에 Einstein의 확산모형, Pes- kin모형, 3-방정식 모형, 4-방정식 모형, 대수응력모형 등을 적용하여 해석하고 각 모 형들의 결과를 비교 분석하였다. 이상난류유동의 수치해석에서 공기는 제1유체유동 으로 하고 첨가되는 고체분말의 흐름은 밀도(.rho.$_{p}$), 층류동점성계수(.nu.$_{p}$), 과점성계수(.nu.$_{pt}$ )를 갖는 제2유체유동의 흐름으로 간주하였다.