• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.281-281
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• 2022

바닥에서 생성되는 난류는 순간적으로 강한 모멘텀을 바닥에 전달함과 동시에 바닥에 있는 입자를 움직이게 한다. 경계층 내 난류 운동에 대한 분석은 다양한 유사 이송 문제를 이해하기 위해 필수적이며 이에 따라 많은 선행 연구들은 실험실 실험을 통해 해당 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 선행 연구에서 사용하지 못했던 진보된 실험 방법을 활용하여 바닥 경계층 내의 난류 운동에 대해 확인하고 해당 운동에 의해 관성 입자의 움직임이 어떻게 발생하는지에 대하여 물리적으로 설명하고자 한다. 다양한 흐름 조건에서 3가지의 입경 크기를 가지는 모래 입자를 가지고 실험을 수행하였으며, 실험 조건별 고해상도 유속장 및 관성 입자의 움직임은 3차원 입자 영상 유속계 (Particle Image Velocimetry; 이하 PIV)와 입자 추적 유속계 (Particle Tracking Velocimetry; 이하 PTV)를 동시에 적용하여 파악하였다. 취득된 3차원 유속장과 입자 궤적을 기반으로 실험 조건별 흐름 및 입자 거동 특성에 대해 분석하였으며, 관성 입자의 움직임을 발생시키는 3차원 난류 운동은 측정된 유속장에서 산정한 Q-criterion 값을 기반으로 도식화하였다. 측정값 내에는 난류 운동에 대한 정보와 더불어 잡음이 포함되어 있으므로 이를 제거하고자 적합 직교 분해 (Proper Orthogonal Decomposition; 이하 POD) 방법을 적용하였다. 그리고 POD로 추출한 유속장을 통해 바닥면 부근에 존재하는 헤어핀 와류 운동 혹은 와류 묶음과 같은 난류 고유 구조를 파악하였다. 해당 와류 운동들의 3차원 난류 특성을 확인하고자 비등방성 불변 지도(anisotropy invariant map)를 활용하였으며 경계층 내부에서 난류의 형태가 흐름 방향으로 늘어진 럭비공 형태임을 확인하였다. 마지막으로, 입자의 움직임을 발생시키는 난류 이벤트를 결정하고자 사방구 분석 (Quadrant analysis) 기법을 적용하였으며 흐름 조건별로 입자를 움직이게 하는 난류 이벤트는 달라짐을 확인하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.40 no.6
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• pp.347-355
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• 2016

This study presents a Lattice Boltzmann Method (LBM) coupled with a momentum-exchange approach/fictitious domain (MEA/FD) method for the simulation of particle suspensions. The method combines the advantages of the LB and the FD methods by using two unrelated meshes, namely, a Eulerian mesh for the flow domain and a Lagrangian mesh for the solid domain. The rigid body conditions are enforced by the momentum-exchange scheme in which the desired value of velocity is imposed directly in the particle inner domain by introducing a pseudo body force to satisfy the constraint of rigid body motion, which is the key idea of a fictitious domain (FD) method. The LB-MEA/FD method has been validated by simulating two different cases, and the results have been compared with those through other methods. The numerical evidence illustrated the capability and robustness of the present method for simulating particle suspensions.

• The Korean Journal of Rheology
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• v.8 no.2
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• pp.139-146
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• 1996

2차원 비점성 Euler 방정식의 Stuart 해에 의하여 주어지는 주기적인 유동장, 소위 말하여 Stuart와동장내에 놓여있는 아주 작은 비대칭성 입자의 다양한 부력 변수에 따른 침 강운동을 고찰하엿다. 본 연구에서 사용한 수치방법은 매질의 준전적인 Stokes 방정식과 입 자의 평형방정식을 연계하였다. 다양한 초기 배향각 또는 형상비에 따른 궤적이나 각변화를 예측하기 위하여 힘과 토오크 관계식을 입자의 운동방정식에 적용하였으며 4차 Runge-Kutta 방정식을 이용하여 입자의 운동을 규명하였다.

• Journal of the Korea Computer Graphics Society
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• v.28 no.4
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• pp.13-22
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• 2022

In this paper, we propose a single framework based on the MPM(Material Point Method) that can represent the dynamic angular motion of the elementary particle unit. In this study, the particles can have various shapes while also describing linear and angular motion. As a result, unlike other particle-based simulations, which only represent linear movements of spherical (e.g. Circle, Sphere) particles, it is possible to express the visually dynamic motion of them. The proposed framework utilizes MPM, due to the fact that rotational motion can be decomposed and derived from large deformation. During the integration process of the presented technique, a deformation gradient tensor is decomposed by polar decomposition theory for extracting rotation tensor. By applying this together with the linear motion of each particle, as a result, it is possible to simultaneously express the angluar and linear motion of the particle itself. To verify the proposed method, we show the simulation of rotating particles scattering in the wind field, and the interaction(e.g. Collision) between a moving object and them by comparing the traditional MPM

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.495-495
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• 2012

플라즈마 내에서 수직으로 인가된 전자계에서의 전자와 이온을 포함한 하전 입자들의 이동현상은 이미 널리 알려져 있다. 그러나 음이온이 존재하는 플라즈마에서의 하전입자들의 운동은 복잡하고 아직 충분히 해석되지 못하였다. 따라서 전기장 E와 자기장 B가 서로 수직으로 인가된 플라즈마 내에서 음이온을 포함한 하전 입자들의 운동에 대한 해석이 필요하다. 본 논문에서는 플라즈마 공정에서 발생된 음이온의 운동을 이해하기 위해 E B 드리프트 운동을 이론적으로 계산하였다. 결과적으로 음이온의 $E{\times}B$ 드리프트 운동은 전자나 이온과는 반대 방향으로 이동을 하였고, 드리프트 속도는 홀 파라미터의 값에 따라 달라짐을 보였다. 따라서 서로 수직으로 인가된 전자기장에 의한 $E{\times}B$ 드리프트 운동을 통해 플라즈마의 방전 공간에서 음이온을 제어할 수 있음을 알 수 있었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.39 no.5
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• pp.425-433
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• 2015

In this paper, we have numerically investigated two-dimensional dielectrophoretic (DEP) motions of a single particle suspended freely in a viscous fluid, interacting with a nearby nonconducting planar wall, under an externally applied uniform direct-current electric field. Particularly, we solve the Maxwell equation with a large sharp jump in the electric conductivity at the particle-fluid interface and then integrate the Maxwell stress tensor to compute the DEP force on the particle. Results show that, under an electric field parallel to the wall, one particle is always repelled to move far away from the wall and the motion depends strongly on the particle-wall spacing and the particle conductivity. The motion strength vanishes when the particle is as conductive as the fluid and increases as the conductivity deviates further from that of the fluid.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.26 no.1
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• pp.13-18
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• 2016

The ac magnetic susceptibility was measured in iron-oxide nanoparticles with average size of 26 nm, which were uniformly dispersed in organic solvent. The ac magnetic susceptibility measured under zero magnetic fields was well fitted with Debye relaxation model and the relaxation frequency was 370 Hz. The relaxation frequency of the nanoparticles coincided with relaxation time of the Brownian motion, which is due to the viscosity of the liquid medium in which magnetic nanoparticles dwell. The Brown relaxation frequencies were linearly increased with magnetic field.

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
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• 1999.10a
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• pp.119-120
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• 1999

응집은 입자들간의 상대운동에 의하여 두 입자가 충돌하여 하나의 입자가 되는 것을 말하는데, 상대 운동을 유발하는 원인에 따라 중력응집(gravitational coagulation)을 비롯하여 브라운응집(Brownian coagulation), 난류응집(turbulent coagulation)등으로 나뉜다. 브라운응집 및 난류응집에 비하여 상대적으로 중력응집은 해석적으로 풀기가 어렵고 실험에 대한 연구가 국내외는 물론 외국에서도 전무한 실정이다.(중략)

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.448-448
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• 2015

급경사면의 세류간 토양침식은 지표면과의 강우입자 충돌에 의한 튀김현상과 면상흐름에 의한 토사이송 능력의 상호작용에 의해 영향을 받는다. 강우운동에너지와 면상흐름이 세류간 토양침식 및 토사유출 발생에 있어서 상대적인 기여도에 대한 연구는 국내뿐만 아니라 전 세계적으로도 미흡하다. 본 연구에서는 강우현상을 재현할 수 있는 강우모의 실험장비와 사면 토양침식 실험을 위한 소규모 토양플롯을 제작하여 실험에 사용하였다. 강우모의에 의한 강우운동에너지는 자연강우의 운동에너지 산정식의 계산결과와 비교했을 때, 약 0.58배의 규모를 재현했다. 강우입자의 충돌을 제어하기 위한 스트립을 토양플롯에 올려놓은 경우와 커버가 없는 나지상태에서 강우모의 실험을 한 경우 사면에서 발생한 지표유출수, 지표하유출수 및 토사유출 자료를 측정하고 분석하였다. 강우강도가 증가함에 따라 지표유출량은 증가하고, 지표하유출량은 상대적으로 감소했다. 지표커버는 지표유출의 첨두유량 발생시간을 지연시켰으며, 지표유출량과 지하수량의 변화를 초래했다. 지표커버에 의해 지표유출량은 평균 1.82배 감소하지만, 토사유출량은 평균 4.93배로 상대적으로 크게 감소하였다. 단위수류력과 토사유출량과 관계를 분석한 결과 강우운동에너지는 토양입자의 튀김현상에 의한 침식을 증가시킬 뿐만 아니라 지표유출수의 유속을 증가시켜 토사이송능력을 가중시키는 것을 확인하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.39 no.10
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• pp.805-815
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• 2015

The present study numerically investigated two-dimensional dielectrophoretic motions of a pair of particles suspended freely in a viscous fluid, interacting with a nearby nonconducting planar wall, under an external uniform electric field. The results show that the motions depend strongly on the set of two electric conductivity signs and the particles-wall separation gap. When both particles have the same sign, they revolve and finally align parallel to the electric field. In contrast, with different signs, they revolve in the opposite direction and finally align perpendicular to the field. Simultaneously, they are repelled to move farther away from the wall regardless of their conductivity set. With further separation from the wall, the particles-wall interaction effect diminishes and tthe particle-particle effect dominates.