• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.307-311
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• 2006

일반적으로 도달시간은 지표면 유출의 흐름상태에 의존하며, 대개 중력흐름으로 가정하여 도달시간을 산정하고 있다. 본 연구에서는 흐름상태를 중력흐름과 표면장력흐름으로 구분하고 각 흐름을 판단할 수 있는 임계치를 추정하였다. 도달시간 산정을 위해 유역경사와 지표면조고의 영향을 고려할 수 있는 무차원수를 도입하였으며, 이 임계치의 범위에 따라 중력흐름과 표면장력흐름을 구분하고 두 조건의 흐름상태에 따른 도달시간 산정식을 각각 개발하였다. 중력흐름에 의한 도달시간 산정식과 표면장력흐름에 의한 도달시간 산정식을 개발하고 검증하기 위하여 기존 외국에서 실험한 자료를 비교 분석하였다. 분석결과를 통하여 이러한 흐름특성을 고려한 도달시간 산정식을 모형에 적용할 경우 유출모형을 통한 유출량산정의 정확도 향상에 기여할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1057-1062
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• 2009

대부분의 홍수 예측모형은 도달시간 산정에 있어 지표면 흐름을 중력흐름으로 가정한다. 그러나 Woo & Brater(1961)의 실험결과 지표면 흐름의 마찰계수는 바닥정사의 함수인 것으로 나타나며 수심이 매우 얕은 흐름의 경우 조고뿐만 아니라 바닥경사에 의한 영향이 매우 큰 것으로 나타났다. 새로운 무차원수 Y는 바닥경사, 수심, 조고 및 표면장력 등을 고려하는 인자로서 중력흐름과 표면장력흐름의 각 흐름특성을 반영하기 위한 새로운 도달시간 산정식을 개발하였다. 새로운 무차원수 Y는 표면장력과 관계된 후르드수 및 웨버수의 조합으로 조고뿐만 아니라 바닥경사, 수심의 함수로 나타난다. 지표면 흐름의 마찰계수 산정시 비례상수 ${\alpha}$를 새로운 무차원수 Y의 함수로 취하여 Butler(1977)의 실험자료를 분석하였다. 중력흐름의 경우 조고만의 함수로 나타나지만 표면장력흐름은 조고뿐만 아니라 바닥경사의 영향이 매우 중요한 것으로 나타났다. 중력흐름만을 고려하여 도달시간 산정시 관측치보다 작게 산정되는 반면 표면장력흐름으로 고려하여 도달시간 산정시 관측치와 근접하게 산정되었다. 따라서 지표면 유출 흐름은 중력과 함계 표면장력의 영향이 크게 작용하는 것으로 판단된다. 분석결과와 같이 표면장력흐름 특성을 고려한 도달시간 산정식을 모형에 적용할 경우 유출모형을 통한 유출량산정의 정확도 향상에 기여할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.173-173
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• 2012

중력류는 두 유체 사이에서 물질의 종류 또는 온도차로 인한 밀도 차이에 의해 발생되는 유체의 흐름을 말하며, 자연환경에서는 저수지에서의 중층탁류, 사막에서의 모래 폭풍, 하구에서의 염수쐐기 등이 그 예이다. 여름철에 강우가 집중되는 우리나라는 홍수에 의한 범람, 침수 등이 발생할 뿐만 아니라 댐이나 하천, 호수 등에 흙탕물이 유입되어 중간층에 정체하는 중층탁류에 의한 피해가 자주 발생하고 있다. 과거에 중층탁류는 일시적인 현상에 불과하였으나 오늘날에는 인공적으로 형성된 정체성 호수나 하천에서 장기간 체류하여 생태계의 교란과 수질 악화를 초래하고 있다. 중층탁류에 의한 피해를 저감시키기 위해서는 본래 자연 상태의 하천이나 호수와 같이 온도분포가 비선형적으로 성층화 된 상태에서 탁수가 유입되어 중층탁류가 형성되는 과정과 흐름 특성을 이해하는 것이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 중력류 흐름 해석을 위한 실험 장치를 개발하였다. 실험 장치 중 수조의 제원은 1200 $700{\times}300mm$이며, 수조 상부에는 가열장치를 설치하였고, 수조 하부에는 냉각장치를 설치하였다. 이들 장치들을 가동하여 깊이에 따른 자연현상에서의 비선형적인 온도 단면을 재현한다. 수리 실험방법은 깊이 방향으로 온도에 따라 비선형적으로 성층화 된 유체 내로 경사가 있는 판을 따라 수조내의 성층화된 유체의 중간 온도 혹은 밀도를 가진 유체를 침입시킨다. 침입유체는 성층화된 유체 내에서 초기에는 중력에 의해 운동량을 갖고 경사면을 따라 일정한 속도로 흘러내려 간다. 이후 바닥으로 하강 한 후 부력에 의해 상승하여 동일한 밀도층의 위치에서 횡방향으로 전파하게 된다. 이 연구에서는 이와 같이 비선형적으로 성층화된 유체 내에서의 침입 중력류의 흐름 특성을 실험적으로 관측하고 분석한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.570-574
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• 2009

벽 근처에서의 흐름(near wall flow)을 해석하기 위한 낮은 레이놀즈수 수정(low-Reynolds number modification)을 포함하는 통계학적 난류모형을 이용한 3차원 비정상 레이놀즈-평균 나비어-스톡스 (URANS) 계산을 실시하여 사각형 수로에서의 중력류를 모의하였다. 3차원 계산 결과를 2차원 URANS 모의에 의한 계산 결과 그리고 실험결과와 비교하였다. 이 연구 결과는 적정 시 공간적 수치해상도를 가지고 벽 근처에서의 흐름을 주의 깊게 직접 해석하는 3차원 URANS 수치모의는 2차원 계산으로는 해석할 수 없는 대규모 Kelvin-Helmholtz 와구조 (vortical structure)의 붕괴(breakdown) 그리고 중력류 선단부에서 발달하는 Lobe-and-Cleft 흐름 불안정 등을 포함하는 중력류의 동적 특성을 높은 정확도로 재현할 수 있음을 보여준다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.10
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• pp.697-706
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• 2019

A multiphase flow modeling approach equipped with a hybrid turbulence modeling method is applied to compute the gravity currents in a rectangular channel. The present multiphase solver considers the dense fluid, the less-dense ambient fluid and the air above free surface as three phases with separate flow equations for each phase. The turbulent effect is simulated by the IDDES (improved delayed detach eddy simulation), a hybrid RANS/LES, approach which resolves the turbulent flow away from the wall in the LES mode and models the near wall flow in RANS mode on moderately fine computational meshes. The numerical results show that the present model can successfully reproduce the gravity currents in terms of the propagation speed of the current heads and the emergence of large-scale Kelvin-Helmholtz type interfacial billows and their three dimensional break down into smaller turbulent structures, even on the relatively coarse mesh for wall-modeled RANS computation with low-Reynolds number turbulence model. The present solutions reveal that the modeling approach can capture the large-scale three dimensional behaviors of gravity current head accompanied by the lobe-and-cleft instability at affordable computational resources, which is comparable to the LES results obtained on much fine meshes. It demonstrates that the multiphase modeling method using the hybrid turbulence model can be a promising engineering solver for predicting the physical behaviors of gravity currents in natural environmental configurations.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.27 no.3
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• pp.335-341
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• 2016

In this study, impurity effects on diffusive-convection flow fields by physical vapor transport under terrestrial and microgravity conditions were numerically analyzed for the mixture of $Hg_2Cl_2-I_2$ system. The numerical analysis provides the essence of diffusive-convection flow as well as heat and mass transfer in the vapor phase during the physical vapor transport through velocity vector flow fields, streamlines, temperature, and concentration profiles. The total molar fluxes at the crystal regions were found to be much more sensitive to both the gravitational acceleration and the partial pressure of component $I_2$ as an impurity. Our results showed that the solutal effect tended to stabilize the diffusive-convection flow with increasing the partial pressure of component $I_2$. Under microgravity conditions below $10^{-3}g_0$, the flow fields showed a one-dimensional parabolic flow structure indicating a diffusion-dominant mode. In other words, at the gravitational levels less than $10^{-3}g_0$, the effects of convection would be negligible.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.39 no.11
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• pp.848-855
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• 1995

The influence of gravitational effect on the retention behaviors of polystyrene (PS) and polymethylmethacrylate (PMMA) in flat type thermal field flow fractionation (Thermal FFF) was studied. In the case of downward flow of mobile phase, the gravitational effect acting in the same direction of mobile phase flow increases as the angle of the system from the horizontal line (0˚to 60˚) increases. The decreasement of retention time of PS & PMMA was found. Also, the increasement of dimensionless λ values was found. And the difference in the retention time of PS & PMMA having different molecular weight decreases and also the resolution decreases. In the case of upward flow of mobile phase, the gravitational effect acting in the opposite direction of mobile phase flow increases as the angle of the system from the horizontal line (0˚to 60˚) increases. The increasement of retention time of PS & PMMA was found. Also, the decreasement of dimensionless λ values was found. And the difference in the retention time of PS & PMMA having different molecular weight increases and also the resolution increases.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.98-98
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• 2019

중력류 또는 밀도류는 주변 유체에 비해 상대적으로 밀도가 큰 유체가 밀도차에 의한 추진력으로 흐르는 것이다. 중력류의 수치모델링에는 두 가지 어려움이 있다. 즉, 적합한 지배방정식을 구성하여 적용하는 것 그리고 난류의 영향을 합리적으로 반영하는 것이다. 기존 중력류 해석을 위한 지배방정식들은 유체의 연속방정식과 운동량 방정식 그리고 밀도 또는 농도의 이송방정식을 조합하여 구성된다. 이들 지배방정식을 이용한 연구들은 대부분 두 유체 사이의 밀도차가 충분히 작아서 밀도 변동(variations)의 영향은 오로지 부력항에서만 유지된다는 Boussinesq 근사에 근거를 둔다. 그리고 이송방정식에서 밀도 또는 농도의 확산계수을 점성계수의 함수로 표현하기 위해서 Schmidt 수를 이용한다. 수치모델링에서 Schimdt 수는 상수값을 적용하지만, 이 값은 밀도의 연직방향 경사에 근거한 부력빈도(buoyancy frequency)와 난류량의 따라 큰 차이를 보이는 것으로 알려져있다. 한편, 표준 통계학적 난류모델과 벽함수를 적용한 수치모델링은 초기 중력에 의해서 무너지는(slumping) 단계를 넘어 관성력으로 추진되는 단계와 점성 효과가 지배적인 단계에서는 정확도에 현저히 낮아지기 때문에 대부분 큰와모의(large-eddy simulation, LES) 또는 DNS(direct numerical simulation)수준의 고해상도(high-resolution) 해석기법을 적용하여 공학적인 문제에 적용하는 데는 한계가 있다. 이 연구에서는 Boussinesq 근사와 Schmidt 수를 사용하지 않으며, LES 보다 적용이 용이한 DES (detached-eddy simulation)기법을 조합한 다상흐름 수치모델을 적용하여 중력류를 해석을 시도하였다. 수치해석결과를 실험값과 함께 기존 수치모델링 기법으로 구한 수치해와 비교분석하여 이 연구에서 개발 및 적용된 수치모델링 기법의 적용성을 평가한다.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2005.11a
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• pp.83.1-83.1
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• 2005

• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.14 no.4
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• pp.339-345
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• 2008

The stratified flow can be seen in the oil and gas pipelines as well as pipelines related to ship's fluid machineries. Numerous theories and correlations have also been proposed in the past for the prediction of stratified flow in horizontal or slightly inclined pipe. The previous researches are mostly about the effects of physical properties, viscosity, phases densities and pipe geometries on the stratified flow. Very few study outcomes exist on the effect of gravity magnitude and large slop angle of pipe inclinations on the occurring condition of stratified flow. In this study, therefore, analytical procedures were conducted about the effect of both the change in the gravity magnitude and pipe inclinations on the stratified flow occurring conditions. From the analytical results, it was found that stratified flow occurred at the vertical upward inclination and at very low liquid phase flowrates in 0.17g and 0.33g conditions.