• 대한기계학회논문집B
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• 제40권6호
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• pp.347-355
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• 2016

본 연구에서는 격자볼츠만 방법을 기반으로 유체-입자 상호작용에 대한 수치계산을 수행하였다. 유체 유동은 격자볼츠만 방법을 이용하였으며, 유동장 내에서의 고체입자 운동은 계산점(node) 기반의 가상영역으로 간주하여 해석하였다. 유체-입자의 상호작용은 격자볼츠만 방법의 지배방정식에 국부적으로 운동량 교환량을 추가하여 해석하며, 가상영역 내에 위치한 고체입자의 병진 및 회전 운동은 뉴턴 운동 방정식과 오일러(Euler) 방정식을 이용한다. 구성된 상호작용 모델의 유효성을 검증하기 위하여 중립상태에서의 부유 입자운동 및 단 입자의 침강에 대한 수치계산을 수행하였으며, 기존 연구들과의 비교를 통하여 본 연구의 유체-입자 상호작용 모델이 갖는 신뢰성과 효용성을 평가하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.461-469
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• 2000

본 연구에서는 부유입자를 포함하는 유동을 입자크기와 입자량을 달리한 몇 가지 경우에 대하여 수치적으로 해석하고 Coleman(1981, 1986)의 실험결과와 비교하였다. 완전 난류 유동장을 해석하기 위하여 k-$\omega$난류모형을 사용하였으며, 농도장 해석을 위해서는 침강속도를 고려한 일반화된 농도방정식을 적용하였다. 유동과 입자의 상호작용은 Einstein과 Chien(1955)의 모형을 도입하여 수치계산하였다. 기존의 대부분 연구에서는 소유사의 두께를 고려하지 않은 연구를 수행하였으나, 입자량이 많아지거나 입자크기가 클 경우 이를 무시할 수 없는 것으로 밝혀졌다. 소유사의 두께와 하상에 의한 표면 거칠기 효과를 고려하여 본 연구를 수행하였는데, 여기서 농도분포를 결정짓게 되는 $\beta$값이 입자의 크기와 입자량에 관련되어 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 기존 연구결과는 $\beta$가 1.0보다 큰 값을 가진다고 보고되었으나, 본 연구를 통해 1.0보다 작아질수 있음이 확인되었고, 이는 최근에 보고된 연구 결과와 일치되는 결과이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1378-1383
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• 2008

댐 저수지에서 지속적인 탁도를 유발하는 물질은 쉽게 침강되지 않는 $20{\mu}m$이하의 작은 부유물질(SS)이며, 가을 수직혼합 시기까지 침강되지 않은 부유물질은 다시 재부상하는 경우도 발생한다. 저수지내 탁수의 장기 체류는 수자원 이용과 하류하천의 수생태계에 다양한 문제를 야기하고 있어 일부 댐에서는 실시간 탁도 감시 장치를 설치하고 취수설비를 개선하는 등의 탁수저감 대책의 노력을 기울이고 있으나, 시설의 최적 운영을 지원할 수 있는 탁수 거동 및 탁도 예측에 관한 연구는 아직 부족한 실정이다. 특히, 탁도는 물 속에 존재하는 부유물질의 광학적 특성(light attenuation)을 나타내는 지표로써 SS와는 물리적인 물성이 달라 실시간 계측자료(탁도)와 모델의 모의 변수(SS)가 다른 문제점 때문에 모델링에 어려움이 있었다. 지금까지 탁도 모델링은 대부분 탁도와 SS의 상관관계를 이용하는 방법을 사용하였다. 그러나 이 방법은 탁도-SS 관계가 실측지점과 입자크기분포에 따라 달라지는 특성 때문에 변환과정에 예측결과의 불확실성이 내재한다는 지적을 받아왔다. 본 연구의 목적은 저수지로 유입한 탁수의 보다 과학적이고 정확한 탁도 예측을 위해 탁도를 유발하는 부유물질의 입자크기 분포와 공간적으로 변하는 탁도-SS의 상관관계를 고려할 수 있는 표준화된 탁도 모델링 방법을 개발하고, 실측자료를 사용하여 제시된 탁도 모델링 방법의 예측 성능을 평가하는데 있다. 부유물질의 이송-확산-침강 모델은 2차원 횡방향 평균 수리 모델과 연결(coupling)되어 수행되며, 저수지 수면을 통한 열 교환, 바람과 바닥 조도에 의한 난류혼합과 성층해석, 하천 유입수의 저수지내 밀도류 유동, 그리고 입자 크기별 부유물질의 독립침강을 해석한다. 부유입자의 크기분포와 공간적으로 서로 다른 탁도-SS 관계를 고려한 탁도 예측모델은 기존의 탁도를 종속변수로 사용한 예측 방법 또는 단일 입자크기를 사용한 모델보다 개선된 모의결과를 보여주었다. 본 연구에서 제시된 탁도 예측 알고리즘은 실시간 탁수감시와 예측 모델링, 그리고 댐 방류수 탁도 관리를 위한 선택취수 설비의 운영을 위한 의사결정지원시스템에 적용 가능할 것으로 사료된다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제16권1호
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• pp.47-55
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• 2004

GUI를 이용하여 연안해역에서 항만개발, 방조제 건설, 준설 등의 해상 공사 시 발생하는 부유사(SS)의 이동 및 확산과정을 편리하게 예측할 수 있는 모의시스템(KUSSMOS)을 개발하였다. 모의시스템은 2차원 유한요소모형을 사용하여 해수유동을 모의하고, 입자추적모형을 사용하여 부유사 이송-확산을 모의한다. 군산해역 준설공사에 대해 수립된 시스템을 적용한 결과, 유속과 부유사 농도가 비교적 관측치와 일치하는 양호한 계산결과를 보였다.

• 에너지공학
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• 제14권1호
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• pp.11-17
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• 2005

본 연구의 목적은 입자가 부상된 이상유동에서 난류특성 변화를 고려하여 여러 유동 조건에 적용할 수 있는 단위 길이당 압력손실을 예측하는 모델을 개발하는 것이다. 입자 뒤의 후류, 입자 크기, 부하도, 상사이의 밀도비가 고려되었다. 마찰에 의한 압력 강하량은 검사체적에서의 힘의 평형을 사용해 유도되었고 난류강도와 압력 강하량의 상관관계를 구하였다. 수치해석 결과는 실험결과와 잘 일치하고 수치모델이 입자가 부상된 이상유동에서 압력강하의 기구를 잘 예측하는 것을 확인하였다.

• 해양환경안전학회:학술대회논문집
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• 해양환경안전학회 2007년도 춘계학술발표회
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• pp.161-168
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• 2007

부유소파제의 기본형으로 널리 쓰이는 폰툰형 부유구조물을 1/35 로 축소하여 부체양쪽 끝단에 각각 한 개의 수직평판과 부체 하면에 두 개의 커튼판을 부착하여 부유구조물 주위에 생성되는 유동현상을 해석하고자 하였다. 유동해석은 기계공학 및 유체역학 분야에서 활발하게 사용되고 있는 입자영상유속계 (PIV)를 사용하였으며, 유입유속의 변화와 수직평판의 설치 간격에 따라 부유구조물의 중앙에서 연속적으로 방출되는 와의 주기성과 와의 상세 구조를 파악하였다. 와의 주기성을 해석하기 위해 부유구조물의 중앙부 28개 지점에서 수평방향속도성분과 난류강도에 대한 파워스펙트럼 값을 산출하여 수직평판의 설치간격에 따른 부유소구조물 주위의 유동현상에 대해 고찰하였다.

• 한국해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해양공학회 2006년 창립20주년기념 정기학술대회 및 국제워크샵
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• pp.403-406
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• 2006

A particle method recognized as one of gridless methods has been developed to investigate the nonlinear free-surface motions interacting to the structures. The method is more feasible and effective than convectional grid methods in order to solve the flow field with complicated boundary shapes. In the present study, breaking waves with a floating body are simulated to investigate fluid-structure interactions in the coastal zone.

• 한국해양공학회지
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• 제7권1호
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• pp.13-24
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• 1993

해양오염은 환경파괴의 주요 인자이다. 해양바닥에 가라않은 오염물질을 근본적으로 제거하는 문제와는 별도로, 파동(wave)에 의해 그것이 자동적으로확산될 수가 있다. 파문(ripple)으로 덮혀진 해저(sea bottom)에서 표면의 중력파에 의한 물의 수평방향 요동운동은 와류(vrotices)를 발생시칸다. 이런한 유동장은 해저 침전물을 부유시켜 멀리까지 화가신시키는 작용을 한다.파문주위의 유동장을 살펴보면 모서리(crest)에서 발생된 와류로 인해 정상유동성분이 존재하며 이런한 정상유동은 파문의 주기적 형상으로인해 다분히 순환적이다. 이ㅔ 파동에 의한 요동운동이 가세하면 Taylor 와류와 같은 효과를 보여 줄 것이다. 해저부근에서의 이러한 확산효과를 보기 위하여, 해양유동을 단순화하여 최근 널리 이용되고 있는 혼돈이론을 가미시켰다. 아주 단순한 유동이라도 복잡한 입자의 궤적을 나타내며 입자의 확산과 연관됨을 수치해석을 이용하여 보여준다.

• 한국해안해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해안해양공학회 1996년도 정기학술강연회 발표논문 초록집
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• pp.102-108
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• 1996

연안매립 및 신항만 건설, 해안선 정비사업 등과 같은 대규모 공사는 인근 해역에서의 해수유동의 변화와 해수의 혼탁도 증가 및 퇴적물의 침식과 퇴적에 의한 해저 지형의 변형을 초래하고, 이로 인해 기존 항로의 매몰과 해양생물 생태계 변화 등과 같은 문제점을 유발한다는 것은 잘 알려진 사실이다. 특히 한국의 서해연안 대부분과 남해연안 일부에 분포되어 있는 미세-점착성 퇴적물은 사질성 퇴적물과는 달리 퇴적물에서 부유된 토사 입자의 침강 속도가 아주 작아서, 파랑과 조류 등과 같은 해수유동에서 의해 쉽게 이동되어 현저한 해저 지형의 변형을 초래한다. (중략)

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.24-24
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• 2021

자연하천 바닥 경계층 내에서는 복잡한 난류 구조가 형성되며 이들은 하상에 강한 모멘텀을 전달한다. 바닥 부근에 분포하는 유사 입자들은 경계층 내에서 발생한 난류 흐름으로부터 모멘텀을 전달받아 소류사 혹은 부유사 형태로 이송되게 되며, 이러한 유사 이송 과정을 역학적으로 설명하기 위해서는 경계층 내 유체 흐름에 대한 이해가 선행되어야한다. 경계층 내 난류 흐름 특성이 유사 입자의 움직임에 미치는 영향에 대해 분석하기 위해서는 바닥 경계층 내 고해상도 유속 자료와 유사 움직임을 동시에 포착할 수 있는 기술이 요구된다. 하지만 현재까지 수행된 대부분의 선행 연구들은 점 유속을 측정할 수 있는 음파 도플러 유속계 (Acoustic Doppler Velocimetry) 혹은 2차원 입자 영상 유속계를 활용하였으며, 이들은 복잡한 3차원 난류 흐름 특성을 분석하기에는 한계가 있다. 본 연구의 목적은 실험실 실험을 통해 바닥 경계층 내 3차원 난류 흐름이 유사 이송에 미치는 영향에 대해 조사하는 것이다. 본 연구에서는 유사 주변에서의 고해상도 3차원 흐름 유동장 및 순간적인 유사 움직임에 대해서는 합성 개구 (synthetic aperture) 기반의 3차원 입자 영상 유속계 및 입자 추적 유속계를 활용하여 취득하였다. 취득된 흐름 유동장을 기반으로 레이놀즈 전단응력을 산정하였으며 이를 통해 유체가 하상에 미치는 모멘텀의 크기를 파악하였다. 복잡한 난류 흐름 구조에 대해서는 팔분원 분석 (octant analysis)을 통해 구분했으며, 유사가 움직이는 순간의 유속장을 기반으로 유사 이송을 발생시키는 지배적인 난류 흐름 특성에 대해 규명하였다. 본 연구는 바닥 경계층 내 복잡한 3차원 난류 흐름과 유사 입자의 움직임을 동시에 분석함으로써 기존에 수행되어왔던 선행 연구들의 한계점을 극복하고 보다 명확한 유사 이송의 발생 원인에 대해 분석했다는 점에 의의가 있다.