• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.30 no.1
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• pp.104-114
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• 1993

In this paper, effects of free surface on viscous flow is investigated. Continuity equation coupled with Navier-Stokes equations are solved numerically by using an artificial compressibility method[1, 2]. The body-fitted generalized curvilinear coordinate system is employed to deal with arbitrary body shape. The IAF scheme with finite difference method is used to solve the equations, and a diagonal algorithm is applied to time-varying Jacobian matrices for the computational economics. Free surface shape is obtained by applying zero pressure condition to still water surface at each time step. A numerical test is made for larminar flow around a circular cylinder vertically piercing the free surface. Computed flow patterns are largely affected by the existance of free surface in low Reynolds number flows treated in this paper. Free surface causes viscous pressure drag to vary much in depth direction in accordance with the variations of flow pattern.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 2003.12a
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• pp.385-390
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• 2003

Shape of a multi-blades centrifugal fan is optimized by response surface method based on three-dimensional Navier-Stokes analysis. For numerical analysis, Reynolds-averaged Wavier-Stokes equations with standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model are transformed into non-orthogonal curvilinear coordinate system, and are discretized with finite volume approximations. Due to the large number of blades in this centrifugal fan, the flow inside of the fan is regarded as steady flow by introducing the impeller force models for economic calculations. Optimizations with and without constraints are carried out. Design variables, location of cur off, radius of cut off, expansion angle of scroll and width of impeller were selected to optimize the shapes of scroll and blades. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, the efficiency was successfully improved. The correlation of efficiency with relative size of inactive zone at the exit of impeller is discussed as well as with average momentum fluxes in the scroll.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.31 no.4
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• pp.58-65
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• 1994

It is very important to understand characteristics of solution due to the variation of computational grid sizes, especially when turbulence model not incorporating wall-function is used. The present paper performs numerical investigation on the grid dependency of numerical solution for three dimensional turbulent flow field around a ship. In the present study a finite volume method with a modified sub-grid scale turbulence model and a numerically constructed non-orthogonal curvilinear coordinate system capable of conforming complex ship geometries are used. Numerical studies are then performed for a mathematical Wigley hull and the Series 60, $C_B=0.8$ hull forms. The results for various grid sizes are compared with each other and with measured data to show grid dependencies of numerical solutions.

• Journal of Environmental Science International
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• v.6 no.5
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• pp.541-550
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• 1997

A least-square regression analysis is applied for the estimation of velocity streamfunction field based on discretely sampled current meter data. The coefficients of a streamfuunction that is expanded in terms of trigonometric basis function are obtained by enforcing the horizontal non-divergence of two-dimensional flow field. This method avoids Interpolation and gives a root-mean-square (rms) residual of fit which Includes the divergent part and noisiness of oceanic data. The Implementation of the method Is done by employing a boundary-fitted, curvilinear orthogonal coordinate which facilitates the specification of boundary conditions. An application is successfully made to the Texas-Louisiana shelf using the 32 months current meter data (31 moorings) observed as a part of the Texas-Louisiana Shelf and Transport Processes Study (LATEX). The rms residual of the fitting is relatively small for the shelf, which indicates the field Is Ivell represented by the streamnfunction.

• Journal of Biosystems Engineering
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• v.18 no.2
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• pp.144-157
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• 1993

환기중인 실험축사내에서 가축의 현열과 환기공기의 온도차에 의한 열부력(熱浮力)(thermal buoyancy)이 공기유동 및 온도분포에 미치는 영향을 구명(究明)하기 위하여 TEACH 컴퓨터프로그램($k-{\varepsilon}$ 난류모형 및 SIMPLE계열 Algorithm)을 Curvilinear Coordinates에 맞게 변형하였다. 계산한 축사내 공기유통 및 온도분포의 유의성(有意性) 검증은 Boon(1978)의 실험결과를 이용하였다. 열부력의 크기에 따른 유동의 변화를 관찰하기 위하여 유입공기의 온도를 $17^{\circ}C$와 $10^{\circ}C$ 두 수준으로 입력하였으며, 가축의 현열플릭스(flux)는 실내온도에 따라 변화하므로 유압공기의 온도가 $17^{\circ}C$일 때는 130W/$m^2$, $10^{\circ}C$일 때는 170W/$m^2$을 경계조건으로 입력하였다. 예측한 공기유동의 형태는 실험값(Boon, 1978)과 비교하여 대체로 만족할만한 결과를 얻었다. 그러나 유입공기의 온도가 $10^{\circ}C$인 경우, 예측 공기유동은 실험 유동형태와 차이가 있었다. 즉, 실험에서는 수평슬롯으로 유입된 공기가 바로 아래로 굴절되어 유동(流動)하였으나, 계산의 결과는 일정 거리로 수평방향으로 유동하다가 아래로 굴절하였다. 이런 유동의 차이는 경험적으로 열부력(熱浮力)에 민감하게 반응하지 않는 k-${\varepsilon}$ 난류(亂流)모형의 적용이 원인이 되거나 실험의 부적절한 수행이 원인이 될 수도 있다. 이 유동(流動)의 Reynolds 수(數) (Re)는 약 3,300, 수정Ar수(修正Ar數)(Corrected Archimedes Number : $Ar_c$)64로써, $Ar_c$ <30 이거나 $Ar_c$ >75이면 유입공기의 제트는 수평유동한다는 Randall & Battams(1979)의 연구결과와는 일치하였다. 그러나 공기제트의 굴절은 유동의 특성이 같다하더라도 유체의 성질, 축사의 기하학적 형태에 따라서 매우 민감하게 반응하므로 실제 실험을 통한 재검정과정을 거쳐야 할 것으로 판단된다. Fig. 9와 Fig. 10의 기하학적 형태의 지점별 예측온도와 측정온도(Boon, 1978)와의 편차는 대부분의 지점에서는 $1^{\circ}C$ 미만으로 상당히 정확하였으며, 최대의 온도차는 Fig. 10의 지점 13에서 $1.7^{\circ}C$이었다.

• Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.40 no.6
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• pp.70-78
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• 1998

The changes of tidal characteristics of Kyonggi-Bay Region after the Large Reclamations in the Inchon Coastal Area have been studied by the numerical modelling. The constructions of Inchon International Airport and Sihwa Seadike were considered as the main reclaimation projects in this region. A two dimensional hydrodynamic model was used for this study, and it was composed in relatively high resolution with curvilinear orthogonal coordinate. As the results, at the Inchon harbor and Palmido, where a deep channel is developed, the semi tidal ranges(Z$_0$) were decreased in 8 cm after the two reclamations. However, the Z$_0$ values in the outside of the deep channel were decreased only in 2~4 cm, so that the tidal changes in the deep channel were greater than in the outside of it. After the reclamations, the maxmum velocity was increased 17% at the Inchon harbor, however it was decreased from 1. 55 m/s to 1.10 m/s at the Palmido. This is because the available area in which the stream may spread out was largely reduced after the reclamations. An Asan-bay region, the Z$_0$ was decreased in 5 cm at the Punyang-man and Asan-man stations located after the reclamations in Inchon coastal area. However the changes of Z$_0$ were very little at the outside of Asan-bay. In Asan-bay, the current velocity and direction were little influenced by the reclamations in Inchon coastal area.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.31 no.2
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• pp.71-78
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• 2018

This paper presents the assembling of multiple patches based on the single patch isogeometric formulation for the shear deformable shell element given in the previous study. The geometrically exact shell formulation has been accomplished with the shell theory based formulation and the generalized curvilinear coordinate system directly derived from the given NURBS geometry. For the knot elements matching across adjacent surfaces, the zero-th and first parametric continuity conditions are considered and the corresponding coupling constraints are implemented by a master-slave formulation between adjacent patches. The constraints are then enforced by a substitution method for condensation of the slave variables, thereby reducing the model size. Through numerical investigations, the important features of the first parametric continuity condition are confirmed. The performance of the multi-patch shell models is also examined comparing the rate of convergence of response coefficients for the zero and first order continuity conditions and continuity in coupling boundary between two patches is confirmed.

• Water for future
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• v.23 no.3
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• pp.319-328
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• 1990

The Parameter Identification of 2-demensional estuarine model was carried out using new output ADI-FDM numerical semi-implicit schem transformed in boundary fitted(BF) - coordinate. The hydrodynamic equations which is coupled with the transport equations were used as basic equations in the model. Thompson's equations were used to transform governing equations into rectangular plane equations and his elliptic grid generation scheme was used to generate curvilinear grid system. in BF - coordinates. The parameters to be identified are friction coefficient and disperse coefficient embedded in the governing equations. The numerical output scheme is tidally averaged salinity model in BF - coordinates. The algorithm to optimize norm of error between observations and calculations is the influence coefficinet algorithm associated with least square criterion. The lumped model is conssidered in identification. This paper was concetrated on checking whether the new output scheme might be useful to identify parameters in estuarine salinity model or not. The proposed method was tested through experimental application with hypothetical simple model. The result of the test shows that the proposed method can be used for parameter identification in estuarine model.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.195-195
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• 2019

최근 센싱 기술과 정보화의 영향으로 하천에서 발생하는 다양한 정보들이 디지털화되어 저장되고 있으며, 이를 효율적으로 저장하고 관리하고자 하는 연구가 수행되고 있다. 특히, 과거에는 점, 선, 면으로 구성된 자료 위주로 구성되어 있어 수집된 자료를 주제별로 관리하는 레이어 형식으로 저장하여 자료를 표출하기 위한 목적으로 설계되었지만, 최근에는 영상자료, 시계열자료 등 기존의 자료와 다른 비구조적 형태의 자료가 발생함에 따라 하천 네트워크를 기반으로 한 하천공간정보를 관계형 구조로 설계하고 있다. 하천의 경우, 각 하천공간정보가 가지는 고유의 값을 활용하여 인접한 하천 네트워크를 구성하는 하천의 중심선 혹은 최심선을 기준으로 하천공간정보들을 관계성을 부여한다. 하지만 이러한 관계성은 자료의 저장, 관리, 제공에는 유리한 측면이 있지만 기하학적인 고려가 없기 때문에 공간정보로서 활용하기에는 한계가 존재한다. 쉽게 설명하면, 1차원 점에 해당하는 공간좌표는 가장 가까운 하천 네트워크를 대상으로 관계성 부여가 가능하지만, 2차원 선과 3차원 면에 해당하는 도형을 대표하는 위치가 공간적으로 많기 때문이다. 본 연구에서는 하천 네트워크 기반 공간정보가 관계성을 부여하되 하천공간정보가 가지는 기하하적 구조를 반영하기 위해 하천 네트워크를 중심으로 한 곡선좌표계 부여 방법을 제시하고자 한다. 하천은 실제로 연속적으로 변화하며, 곡선으로 이루어져 있기 때문에 공간적으로 직교좌표계를 활용하기 보다는 곡선좌표계를 활용하는 것이 더 적합한 것으로 알려져 있다. 실제로 많은 수치해석 모형에서는 곡선좌표계를 고려하여 수치해석을 수행하고 있으며, 도로나 교통 분야의 공간정보에서도 공간적 고려를 위해 곡선좌표계를 활용하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 하천 중심선 혹은 최심선을 기준으로 흐름방향 거리를 S, 횡방향 거리를 N으로 설정하여 곡선좌표계를 정의하였으며, 직교좌표계와 곡선좌표계간의 좌표변환을 위해 이차원 변환방법인 투영변환을 활용하였다. 본 연구에서 제시된 방법을 활용할 경우, 하천 네트워크 기반 공간정보가 자료 간의 관계성을 유지하며, 기하하적 고려가 될 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.266-266
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• 2019

금강의 주요 지류인 미호천과 갑천은 대전광역시와 청주시가 위치하고 있으며, 두 도시지역에서 유입되는 오염물질로 인하여 금강 본류에 높은 오염부하를 제공하고 있다. 따라서 본 연구에서는 3차원 수리동역학 모델인 EFDC 모델을 사용하여 미호천과 갑천의 수질개선이 금강의 수질에 미치는 효과를 분석하였다. 대상유역은 대청댐부터 백제보 까지 70km 구간이며, 모델의 격자는 Curvilinear-Orthogonal Coordinate를 사용하였으며 횡단방향 8개로 분할하여 총 6,698개의 격자로 구성하였다. 경계조건구성 및 모델의 보정은 국가정보 포털인 수자원관리종합정보시스템(WAMIS), 물환경정보시스템(WEIS), 국가기후데이터센터(data,kma,go,kr) 등에서 제공하는 유량, 수질, 기상 등 데이터를 활용하였으며, 모의 기간은 2017년이다. 수질의 보정은 대상유역 내 6곳의 수질 측정 지점에서 수행되었으며, 적합성 평가를 위해 R-square와 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency) 두 가지의 통계 지표를 활용하였다. 수질의 경우 TN, TP, TOC, Chl-a 순으로 평균 R-square값은 0.75, 0.51, 0.36, 0.57이고 평균 NSE (Nash-Sutcliffe Efficiency)값은 0.59, -0.18, -1.10, 0.27으로 모의 값과 실측값 사이의 상관관계는 TN에서 가장 높았으며 반대로 TOC는 가장 낮았다. 모의결과가 실측값을 정확히 반영하지는 못했지만, 수질의 평균적인 현상은 반영한 것으로 판단된다. 두 주요 지류의 수질이 동시에 15% 또는 30% 개선되었을 경우를 모의하여 금강 본류의 수질변화를 6곳의 수질 측정 지점에서의 실측값과 비교하여 분석하였다. 두 지류가 동시에 15%의 수질 개선 시에는 금강 본류 수질은 TN, TP, TOC, Chl-a 순으로 평균 11.80%, 7.90%, 8.63%, 7.04%의 개선되었으며, 30% 수질 개선 시에는 평균 23.66%, 15.92%, 17.36%, 14.26%의 개선되었다. 각 지점에서 고른 개선이 확인되었으며, 개선 효과는 TN이 가장 컸고, 반대로 Chl-a가 가장 적었다. 갑천과 미호천의 수질이 별개로 개선되었을 경우를 모의한 결과, 미호천의 개선이 갑천에 비해 금강의 수질 개선에 영향이 컸다. 이는 두 지류의 수질 농도는 비슷하나 갑천에 비해 유량이 많은 미호천의 오염 부하량이 높은 것으로 분석된다. 연구 결과 금강의 수질을 개선하기 위해서는 두 지류의 수질 개선이 필수적인 것으로 판단된다. 금강의 TN 농도는 두 지류의 영향이 가장 컸으며, 개선 효과는 Chl-a에서 가장 적었다. 또한 갑천에 비해 미호천이 금강 수질에 영향이 큼을 확인하였다.