• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2009.07a
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• pp.818_819
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• 2009

본 논문에서는 온도상승의 열원이 되는 권선과 철심의 전력손실을 유한요소법을 이용한 전자계해석과 스타인메츠실험식으로 산정하였다. 온도에 대한 자연대류 열전달계수를 산정하여 경계면에서의 경계조건으로 적용하였다. 열전달 해석을 위해 전력용변압기를 3차원 형상으로 모델링한 후 유한요소법을 이용해 권선과 철심에서의 온도분포를 해석하였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.34 no.2
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• pp.113-120
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• 2021

The wave-propagation phenomenon in an infinite medium has been used to describe the physics in many fields of engineering and natural science. Analytical or numerical methods have been developed to obtain solutions to problems related to the wave-propagation phenomenon. Energy radiation into infinite regions must be accurately considered for accurate solutions to these problems; hence, various numerical and mechanical models as well as boundary conditions have been developed. This paper proposes a new boundary condition that can be applied to scalar-wave or horizontally-polarized shear-wave (or SH-wave) propagation problems in layered waveguides. A governing equation is obtained for the SH waves by applying finite-element discretization in the vertical direction of the waveguide and subsequently modified to derive the boundary condition for the infinite region of the waveguide. Using the orthogonality of the eigenmodes for the SH waves in a layered waveguide, the new boundary condition is shown to be equivalent to the existing root-finding absorbing boundary condition; further, the accuracy is shown to increase with the degree of the new boundary condition, and its stability can be proven. The accuracy and stability are then demonstrated by applying the proposed boundary condition to wave-propagation problems in layered waveguides.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2013.04a
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• pp.354-359
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• 2013

일반적으로 건축물의 설계시 풍동 실험을 통한 풍환경의 평가를 수행하고 있으며, 이는 환경 영향 평가법에서 정한 건축 사업 시행 시 수반되어야 할 자연환경, 생활환경 그리고 사회경제환경의 영향 평가의 일환으로 실시되고 있다. 그러나, 풍동 실험의 경우 여러 가지 현실적 제약조건으로 설계와 실험의 피드백 (Feedback)이 원활하지 못하며, 특히 대상 건축물이 공장과 같이 대기 오염원이 되는 경우 실험은 더욱 어려운 형편이다. 이에 대한 보완책으로 전산 유체 역학을 이용한 건축물의 풍압 해석에 의한 풍하중 추정이나 인접 지형-지물의 영향을 고려한 건축물 주위의 풍환경 평가가 있다. 전산 모사에 의해 풍동 실험의 미비점을 보완하고, 보다 상세한 정보를 확보함으로써 건축물의 구조적 안전성의 증대와 환경 피해 감소를 기할 수 있다. 그러나 복잡한 지형-지물이나 건축물 주위의 풍환경에 대한 전산 모사는 주로 두 가지의 기술적 어려움을 수반하게 되다. 그 중 하나는 고정 경계면을 이루는 형상의 복잡성으로 인해 기존에 많이 이용하고 있는 Body-fitted 격자계를 이용하는 경우, 격자 생성 과정이 매우 복잡하고 어려울 뿐 만 아니라 생성된 격자가 주로 비정렬 (unstructured) 특성을 갖게 되어 수치해석 과정의 효율을 저하시키는 요인이 되며, 격자의 형상도 수치해석의 수렴성을 저하시키는 예가 많다. 다른 어려움으로 풍환경은 전형적인 난류 유동장으로서 난류의 전산 해석은 아직도 해결하지 못한 부분이 많다는 점이다. 이에 본 논문에서는 복잡한 지형-지물이나 건축물의 풍하중과 풍환경의 전산 모사 기술 확보를 위하여 수행중인 연구의 일환으로 물체 형상의 기하학적 복잡성의 극복을 위한 가상경계법 (Immersed Boundary Method)과 난류 유동장의 물리적 엄밀성을 높이기 위한 다와동 모사 (Large Eddy Simulation)을 이용한 물체 형상과 무관한 유동장 해석 기술 개발에 대하여 다루고자 한다. 먼저 최근에 유동 해석에 이용되는 방법인 가상경계법(IBM)은 물체를 포함한 전체 전산 영역을 직교 좌표계에 의해 이산화하고, 유동장내 존재하는 물체의 표면에서의 점착 조건을 만족시키기 위하여 지배 방정식에 적절한 외력을 추가로 고려하는 방법이다. 본 연구에서는 가상경계법을 이용하여 경계층에 위치한 건물 형상의 각진 물체 주위 사이에 형성되는 공동 내부의 비정상 유속 및 압력에 대한 전산 해석을 수행하고, 풍상측 전면에 형성되는 경계층에 의한 영향을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 1989.07a
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• pp.123-132
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• 1989

자연하천에서의 흐름특성을 해석하기 위해 Boundary - fitted(BF) coordinate system을 응용하여 유한차분법에 의한 2차원모델을 개발하였다. BF coordinates는 경계면의 형상에 관계없이 적용할 수 있으며 모든 계산은 기본식의 좌표변환을 통해 직각좌표계에서 행해지므로 경계조건의 입력에 용이하다. Physical domain(X - Y 좌표계)에서 하천의 형상을 입력하면 Grid generation에 의해 모든 계산은 Computational domain($\varepsilon$ - n 좌표계)에서 행해진다. Computational domain에서의 유한차분법은 half - time step으로 ADI 방법을 이용했고, 한 방향의 유속과 수위를 Double sweep으로 풀었다. 유속, 수위 및 하상의 격점망은 Staggered grid system을 사용했으며 geometric elements는 각 격점별로 계산하였다. 본 모델을 이용하므로써 불규칙한 수로나 하천의 흐름상태를 해석할 수 있으므로 흐름의 종단, 횡단방향의 유속분포, Superelevation을 구할 수 있고 하천의 계획, 관리, 제방의 호안이나 구조물의 설치등으로 일어나는 수리학적 영향등을 예측할 수 있다.

• Journal of the Korea Computer Graphics Society
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• v.10 no.2
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• pp.35-41
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• 2004

유체 시뮬레이션은 Navier-Stoke 방정식의 해를 구하는 과정으로 볼 수 있는데, 이 방정식은 초기 조건 및 주변 환경에 따라 매우 민감하게 반응하기 때문에 사용자가 원하는 형태로 제어하는 것이 매우 어려운 일이다. 본 논문에서는 유체의 움직임을 실제 공간에 임베드된 smooth manifold 위로 제한하고, 유체의 움직임을 manifold의 모양에 의해 직관적으로 제어하는 방법을 제안한다. 제어 manifold 안의 유체의 흐름을 자연스럽게 유지하기 위하여 경계에 가상의 중력장을 설정하여 유체가 경계면에서 자연스럽게 내부로 유도되도록 하였다. 본 논문의 유체 제어 방법은 제어 manifold의 모양을 키프레임 보간함으로써 간접적으로 유체 애니메이션의 키프레임 애니메이션으로 만드는 것도 가능하다. 이 과정에서 제어 manifold의 변형에 의한 유체정보를 재구성이 필요한데, 본 연구에서는 그리드의 재샘플링을 통해 해결하는 방법을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.21-21
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• 2022

충적하천의 하상과 제방은 흐름에 의해 쉽게 침식되는 사립자들로 구성되어 있다. 흐름이 더욱 강해지면 커다란 입자들도 움직이게 되고 더욱 커지면 결국 모든 입자들이 움직인다. 이렇게 흐름에 의해 하상과 제방을 구성하는 사립자들이 움직이기 시작하는 상태를 한계운동이라 하며, 이때의 흐름조건을 한계조건이라 한다. 한계조건은 이동상 수리학의 시작으로, 이때부터 흐름은 물과 유사의 혼합이라는 이상류가 되어 순수한 물의 흐름보다 더 복잡하게 된다. 개수로는 관수로와 달리 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 상대적으로 매우 작으므로 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측벽에서만 작용하게 된다. 한계조건은 이러한 추상적인 의미에 앞서 바닥이 침식되지 않는 하도나 수로의 설계 등에 기본적인 자료가 된다. 개수로에서 경계면의 전단응력을 힘으로 표시하는 것을 통상 소류력이라 하며, 개수로 경계면에서 전단응력의 분포도; 이른바 단면의 평균 전단응력의 개념을 도입하여 해석하고 설계기준으로 제시되고 있다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 건설기술연구원 하천실험센터의 급경사수로에서 연구를 진행하였으며, 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하고자 연구를 진행하였고, 연구결과를 기존의 소류력 산정방법과 비교하였다. 본 연구에 사용된 장치는 실규모 실험을 위해 제작되었으며, 실규모 적용성 검토를 위해 실험실에서 충분한 검증실험을 거친 후 실규모 실험에 적용하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.16 no.12
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• pp.2395-2406
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• 1992

Laminar natural convection heat transfer from a hot body in a square enclosure has been studied for various center positions of a hot body at Grashof number Gr=1.5$\times$10／sup 5／, Prandtl number Pr=0.71 and dimensionless thermal conductivity K／sub s／／K／sub f／= 14710. In case of vertical cold walls, the natural convection at the dimensionless center position of a hot body, X／sub c／Y／sub c／=0.2, 0.5 shows the most strong and at X／sub c／, Y／sub c／=0.5, 0.8 the most weak. In case of horizontal cold walls, the natural convection at the dimensionless center position of a hot body ; X／sub c／ Y／sub c／=0.5, 0.2 shows the most strong and at X／sub c／, Y／sub c／=0.2, 0.5 the most weak.

• Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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• 2005.04a
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• pp.182-185
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• 2005

울산광산 내 지표수와 토양 중의 공극수에 함유되어 있는 비소의 오염현황을 파악하고, pH와 산화-환원 전위 값의 변화에 따른 자연저감 능력을 평가하였다. 유비철석을 비롯한 비소함유 광물은 높은 산화-환원 전위 값과 낮은 pH 조건에서 해리되며, 이후 지하수의 진화과정에서 pH가 상승함에 따라 주로 5가의 비소형태로 존재하게 된다. 울산광산지역 지하수의 비소농도는 Eh가 높은 비포화대와 포화대 지하수의 경계부에서 높은 경향을 나타내며, 포화대의 상부에서는 Eh가 비교적 일정하나 비소 농도는 다양한 분포양상을 보인다. 포화대 하부에서 비소의 함량은 매우 낮으며, Eh 감소에 따라 비소 함량이 비례적으로 감소한다. 반응경로 과정에서 비소농도는 Eh<-0.1(V)인 지하수 포화대에서 가장 낮으며, pH가 상대적으로 낮고 산화-환원 전위값이 높은 비포화대에서 증가되는 경향을 보인다. 풍화 반응 정도가 높은 광미와 토양에서 비소농도 높으나, 용출실험에서 비소가 기준치 이하로 용출되는 것은 풍화반응과 토양에 의한 비소의 자연저감이 진행되고 있음을 반영한다. RMB를 이용한 중금속 제거능력 평가 실내실험에서, 산성과 알칼리 조건 모두에서 제거율이 높은 것으로 나타났다. 인회석과 철산화물질로 구성된 RMB는 친환경적이고 2차 오염문제를 극복할 수 있는 물질로서, 비소의 자연저감 능력을 향상시킬 수 있는 정화처리제로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.387-387
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• 2015

최근 기후변화에 따른 국지성 집중호우 및 돌발홍수 증가로 도심지역에 많은 침수 피해가 발생하고 있다. 본 연구는 이러한 내외수에 영향을 받는 도시 중소하천의 침수 저감을 위하여 침수 예측모형에 적용 가능한 수리학적 계산모형을 개발하는 것이다. 일반적으로 자연하천은 수지형 수계가 대부분이며, 도시 우수관로와 관계배수 시스템 등은 폐합형 수계에 포함되어 수지형 계산모형으로는 도시 중소하천의 유출 모의를 할 수 없다. 폐합형 수계의 계산모형은 수지형에 비해 복잡하지만, 적용대상 수계가 폐합형이 아닌 경우에도 합류점의 유입량을 처리하기가 편리하고, 역방향의 월류 흐름이 존재하는 감조하천에서의 월류 흐름 모의가 가능한 장점을 갖고 있어 도시 내배수 시스템은 물론 자연하천에도 적용 할 수 있다. 본 모형은 절점, 수로 및 계산점으로 구성되는데 동력학적 방법인 1차원 Saint-Venant의 연속 방정식과 운동량 방정식에 수치해법을 이용하여 구하고자 하는 시간과 지점의 수위와 유량을 계산할 수 있게 구성하였다. 수치해법으로는 가장 보편적으로 사용되는 유한차분법 중 안정성과 정확성이 우수한 것으로 평가된 Preissmann의 4점 음해법으로 차분방정식에 Newton-Raphson 방법을 사용하여 유량과 수위 보정치에 Double Sweep 알고리즘을 적용하였다. 유한차분법은 안정성 문제를 수반할 수 있기에 시간 증분이 작을수록 Courant 조건을 만족할 수 있다. 모형 비교 검증을 위하여 동력학적 방법을 적용한 대표적인 폐합형 수계모형인 EPA SWMM을 지원하는 CHI사의 PC-SWMM 프로그램을 이용하여 가상의 폐합 수계를 구축하였다. 일반적으로 상류지점의 경계조건은 하류로 추적될 입력 자료로써, 상류지점과 합류지점은 유입되는 유량값을 그리고 하류지점은 유출되는 수위값을 경계조건으로 입력하였다. 운동량방정식의 에너지 경사와 마찰경사 항에 포함된 조도계수는 변화량에 중요한 물리적 요소이지만, 고정 상수값인 0.03을 적용하여 검증에 용의하도록 하였다. 구축된 모형과 PC-SWWM을 통해 산출된 계산점별 수위와 유량에 RMS 오차를 비교한 결과 만족할만한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 향후 내외수를 연계에 침수예측모형에 적용 가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.359-359
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• 2021

기후변화로 인한 강수량의 지역별, 계절별 불균형은 홍수로 인한 하천 범람피해뿐만 아니라 하천의 건천화로 인한 수생태, 수질, 경관 저해 등의 피해를 야기하고 있다. 이와 같은 기후변화로 인한 수자원의 영향을 평가하기 위해 기상 현상을 재현하고 예측하기 위한 기후모형과 이와 연계하여 지표의 수문 순환과 에너지 순환과정을 모의할 수 있는 지표수문모형의 필요성이 대두되고 있다. 그러나, 하천유출에 대한 모니터링시스템 체계를 구축하기 위해 지표수문모형을 사용하여 하천의 장기유출을 모의하는 시도는 국내에서는 아직 일반화되지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 횡방향 유출흐름 모의가 가능하도록 개선된 격자형 지표수문모형인 Common Land Model(CoLM)의 우리나라 하천유역에 대한 장기하천유출 모의 적용성을 확인하고자 한다. 이를 위하여 4대강(한강, 낙동강, 금강, 섬진강)의 자연유역을 대상으로 주요 댐 상류유역에 대하여 CoLM이 필요로 하는 지표경계조건자료와 기상입력자료를 구축하고 모형의 주요 매개변수에 대한 검보정을 수행하여 각 지점별 최적의 장기하천유출 모의결과를 도출하고자 한다. CoLM의 지표경계조건자료 구축을 위해서는 고해상도의 인공위성자료 및 지점측정자료를 수집하고, 기상입력자료 구축을 위해서는 기상청에서 제공하는 기상자료를 수집하여, 모형의 계산시간 및 지역예보모델에 많이 사용되고 있는 공간해상도를 고려한 모형의 입력자료는 30km 계산 격자망 자료로 구축될 예정이다. CoLM의 모의성능 평가 및 결과분석을 위해 총 30년(1990-2019) 기간에 대한 모의결과 중, 초기 10년은 초기조건 수립을 위한 안정화 기간으로 제외하고, 다음 10년(2000~2009)은 보정기간으로 설정하고 마지막 10년(2010~2019)은 검정기간으로 설정하여 지표수문모형의 장기하천유출모의 적용성이 평가될 예정이다. 본 논문의 결과는 향후 우리나라 주요 유역에 대해 이상기후로 인한 하천 수자원 및 수생태의 영향을 분석하고, 하천의 건천화 대책 수립 등에 대한 기초정보를 제공할 수 있을 것이라 기대한다.