• 한국항공우주학회지
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• 제38권2호
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• pp.99-110
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• 2010

강한 압축성을 갖는 유동의 DES 해석에서, 일반적인 경험상수 $C_{DES}$ 값 0.65를 사용할 경우 경계층 내에서 인위적으로 LES 모드로 수행된다. 본 연구에서는 S-A DES 모델에서 RANS 모드 보호를 위하여 사용되는 난류 길이와 벽거리 비의 분포 함수를 이용한 $C_{DES}$의 동적 결정 방법을 제시하였다. 동적 $C_{DES}$ 결정식을 초음속 기저 유동장에 적용한 결과 다른 모델 상수를 사용한 기존의 연구 결과에 비하여 우수한 예측을 보여주었다.

• Wind and Structures
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• 제30권4호
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• pp.367-378
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• 2020

Two-dimensional Delayed Detached Eddy Simulation (DDES) was carried out to investigate the uniform flow over a twin-box bridge deck (TBBD) with various gap ratios of L/C=5.1%, 12.8%, 25.6%, 38.5%, 73.3% and 108.2% (L: the gap-width between two girders, C: the chord length of a single girder) at Reynolds number, Re=4×104. The aerodynamic coefficients of the prototype deck with gap ratio of 73.3% obtained from the present simulation were compared with the previous experimental and numerical data for different attack angles to validate the present numerical method. Particular attention is devoted to the fluctuating pressure distribution and forces, shear layer reattachment position, wake velocity and flow pattern in order to understand the effects of gap ratio on dynamic flow interaction with the twin-box bridge deck. The flow structure is sensitive to the gap, thus a change in L/C thus leads to single-side shedding regime at L/C≤25.6%, and co-shedding regime at L/C≥35.8% distinguished by drastic changes in flow structure and vortex shedding. The gap-ratio-dependent Strouhal number gradually increases from 0.12 to 0.27, though the domain frequencies of vortices shedding from two girders are identical. The mean and fluctuating pressure distributions is significantly influenced by the flow pattern, and thus the fluctuating lift force on two girders increases or decreases with increasing of L/C in the single-side shedding and co-shedding regime, respectively. In addition, the flow mechanisms for the variation in aerodynamic performance with respect to gap ratios are discussed in detail.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.244-244
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• 2021

난류흐름 거동은 지형이나 수공구조물과 같은 고체 경계면의 변화에 민감하게 반응하며 특징 또한 다양하다. 보나 여수로 등과 같은 단차 구조물을 통과하는 흐름은 구조물의 모서리 같은 흐름 경계면이 급변하는 지점에서는 흐름분리(flow separation)가 발생하는 것이 특징이다. 이러한 흐름분리로 인해 전단층이 발생하며 흐름 재순환(recirculation)이 구조물 하류부에 형성된다. 이 연구에서는 낙차공 형식의 단차 구조물 하류부에서의 흐름 거동을 이해하기 위해 CFD모델링을 통하여 계산된 3차원 유동장을 분석한다. 난류 모의는 하이브리드 LES(large-eddy simulation)/RANS 계산 기법인 IDDES(improved delayed detached-eddy simulation)기법을 적용한다. IDDES의 기본 모형으로는 k-ω SST모형과 Spalart-Allmaras모형을 이용하여 두 모형의 성능을 평가한다. 자유수면의 변동은 VoF(volume of fluid)기법을 이용하여 계산하며, 각 지배방정식은 최소의 수치분산을 유지하면서 수치해의 안정성을 확보할 수 있는 2차 정확도의 유한체적법을 이용하여 이산화하였다. 수치해석 결과는 레이놀즈수 23,400과 후르드수 0.22의 조건에서 기존에 계측된 자료와 비교하여 수치모형의 정확도를 평가하고 하상 단차 하류부에서의 흐름 거동 특성을 분석한다. 계산 결과는 공학적으로 널리 사용되는 RANS 수치모의에서 볼 수 없는 전단층과 난류구조의 동적 거동 특성과 이에 따른 레이놀즈 응력분포의 특성을 설명해준다.

• Wind and Structures
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• 제38권4호
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• pp.295-307
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• 2024

The funnel-shaped vortex structure of tornadoes results in a spatiotemporally varying wind velocity (speed and direction) field. However, very limited full-scale tornado data along the height and radius positions are available to identify and reliably establish a description of complex vortex structure together with the resulting aerodynamic effects on the high-speed train (HST). In this study, the improved delayed detached eddy simulation (IDDES) for flow structures and aerodynamic pressures around an HST under tornado-like winds are conducted to provide high-fidelity computational fluid dynamics (CFD) results. To demonstrate the accuracy of the numerical method adopted in this study, both field observations and wind-tunnel data are utilized to respectively validate the simulated tornado flow fields and HST aerodynamics. Then, the flow structures and aerodynamic pressures (as well as aerodynamic forces and moments) around the HST at various locations within the tornado-like vortex are comprehensively compared to highlight the importance of considering the complex spatiotemporal wind features in the HST-tornado interactions.

• 한국음향학회지
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• 제41권3호
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• pp.268-277
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• 2022

본 논문에서는 KVLCC2 선체 축소모형에 설치된 추진시스템의 세부 구성품별 유동 소음원을 분석하였으며, 각각의 소음원이 수중방사소음에 미치는 영향에 대해 정량적으로 분석하였다. 수치 해석 영역은 실험 결과와의 비교를 위하여 선박해양플랜트연구소 대형 캐비테이션 터널의 시험부와 동일하게 설정하였다. 먼저 유동장내 소음원을 정확하게 모사하기 위하여 고정밀 해석기법인 비압축성 다상 Delayed Detached Eddy Simulation 방법을 적용하였고, 유동해석 결과를 기반으로 Ffowcs Williams and Hawkings 적분방정식을 사용하여 수중방사소음을 예측하였으며, 터널 실험결과와의 비교를 통해 해석절차의 유효성을 확인하였다. 추진시스템의 유동 소음원별 영향을 정량적으로 비교하기 위하여 추진기 날개 끝-와류 공동, 날개 표면 그리고 방향타 표면을 소음원 영역으로 선정하였으며, 음압과 파워 스펙트럼 밀도, 음향 파워를 비교하였다. 공동에 의한 홀극 소음원의 기여도가 추진기 날개 및 방향타에 의한 쌍극 소음원에 비해 수중방사소음에 크게 기여하였으며, 추진기 후류의 영향으로 방향타에 의한 기여도가 추진기 보다 더 크게 발생함을 확인하였다.

• 국제초고층학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.287-300
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• 2022

Unconventional structures are getting more popular in recent days. Large-span roofs are used for many structures, such as airports, stadiums, and conventional halls. Identifying the pressure distribution and wind load acting on those structures is essential. This paper offers a collaborative study of computational fluid dynamics (CFD) simulations and wind tunnel tests for assessing wind pressure distribution for a building with a combined slender curved roof. The hybrid turbulence model, Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES), simulates the open terrain turbulent flow field. The wind-induced local pressure coefficients on complex roof structures and the turbulent flow field around the structure were thus calculated based upon open terrain wind flow simulated with the FLUENT software. Local pressure measurements were investigated in a boundary layer wind tunnel simultaneous to the simulation to determine the pressure coefficient distributions. The results predicted by CFD were found to be consistent with the wind tunnel test results. The comparative study validated that the recommended IDDES model and the vortex method associated with CFD simulation are suitable tools for structural engineers to evaluate wind effects on long-span complex roofs and plan irregular buildings during the design stage.

• 한국음향학회지
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• 제40권4호
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• pp.261-269
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• 2021

공동 유동과 이로 인한 소음에 관한 대부분의 기존 연구들은 효율성이라는 장점 때문에 비압축성 가정의 검증 없이 비압축성 Reynolds averaged Navier-Stokes 방정식에 기반한 수치 해석 방법을 사용하고 있다. 하지만 지금까지 비압축성 가정이 공동 유동과 소음의 예측에 미치는 영향에 대한 연구가 전무한 실정이다. 본 연구에서는 날개 끝 와류공동 유동과 소음에 대한 유체의 압축성 영향을 고찰하기 위하여 날개 끝 와류 공동을 대상으로 비압축성 기반의 해석과 압축성 기반의 해석을 모두 수행하고, Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H) 음향상사법을 적용하여 공동 소음을 예측하고 비교하였다. 상류 방향의 유동 영향을 고려하기 위하여, 스큐각이 17°인 수중 추진기를 장착한 DARPA Suboff 잠수함 몸체를 고려하였다. 해석 영역은 실험결과와의 비교를 위하여 선박해양플랜트연구소에서 보유하고 있는 대형 캐비테이션 터널의 시험부와 동일하게 설정하였다. 날개 끝 와류 공동을 정확하게 예측하기 위하여 고정확도의 비정상 상태 지연박리와류모사 해석방법을 적응형 격자 기법과 연계하여 사용하였다. 압축성 유동 해석기법을 이용하여 예측한 음향 스펙트럼이 실험결과와 더 일치하는 결과를 확인하였다.

• Wind and Structures
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• 제26권5호
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• pp.305-315
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• 2018

A numerical study based on a delayed detached eddy simulation (DDES) is conducted to investigate the aerodynamic mechanism behind the suppression of vortex-induced vibrations (VIVs) of twin box girders by central grids, which have an inhibition effect on VIVs, as evidenced by the results of section model wind tunnel tests. The mean aerodynamic force coefficients with different attack angles are compared with experimental results to validate the numerical method. Next, the flow structures around the deck and the aerodynamic forces on the deck are analyzed to enhance the understanding of the occurrence of VIVs and the suppression of VIVs by the application of central grids. The results show that shear layers are separated from the upper railings and lower overhaul track of the upstream girder and induce large-scale vortices in the gap that cause periodical lift forces of large amplitude acting on the downstream girder, resulting in VIVs of the bridge deck. However, the VIVs are apparently suppressed by the central grids because the vortices in the central gap are reduced into smaller vortices and become weaker, causing slightly fluctuating lift forces on the deck. In addition, the mean lift force on the deck is mainly caused by the upstream girder, whereas the fluctuating lift force is mainly caused by the downstream girder.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권10호
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• pp.697-706
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• 2019

다상흐름 모델링 기법과 하이브리드 난류 모델링 기법을 결합한 수치모형을 이용하여 사각형 수로에서의 중력류를 수치모의 하였다. 이 연구에서 적용한 다상흐름 해석기법은 밀도가 큰 중력류 유체, 상대적으로 밀도가 작은 주변류 유체 그리고 자유수면 위에서 흐르는 공기를 3개의 상으로 처리하며, 각 상에 대해서 분리된 흐름 지배방정식을 적용한다. 난류흐름은 벽경계 근처에서는 RANS 모드로 모의하고 벽에서 떨어진 영역에서는 LES 모드로 해석하는 하이브리드 RANS/LES 방법의 일종인 IDDES 기법을 이용하여 해석한다. 이 연구에서 적용한 모델링 기법은 중력류의 머리의 전파속도를 실험값과 일치하게 잘 예측하는 것으로 나타났다. 수치해석 결과는 아울러 낮은 레이놀즈수 난류모형을 이용한 RANS 수치모의에서 이용되는 정도의 격자해상도에서도 큰 규모의 Kelvin-Helmholtz 형식의 경계면 와의 발달과 이들 와가 지속적으로 3차원 형식의 붕괴를 거쳐 작은 난류구조로 분해되면서 난류에너지가 소산되는 현상을 성공적으로 예측함을 보여준다. 적용한 수치모의 기법은 공학적으로 접근 가능한 격자해상도에서 돌출-쪼개짐 흐름 불안정을 동반한 중력류 머리부분의 3차원 거동 특성을 잘 재현하며, 이 결과는 보다 높은 격자해상도에서 구해진 LES 결과에 상응하는 것으로 나타났다. 이 연구결과는 하이브리드 난류모델링 기법과 다상흐름 해석기법을 병합한 수치모형이 자연상태에서 복잡한 중력류의 물리적 거동을 예측하는데 공학적으로 유망한 방법임을 보여준다.

• Wind and Structures
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• 제35권1호
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• pp.55-66
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• 2022

Tall buildings are often subjected to steady and unsteady forces due to external wind flows. Measurement and mitigation of these forces becomes critical to structural design in engineering applications. Over the last few decades, many approaches such as modification of the external geometry of structures have been investigated to mitigate wind-induced load. One such proven geometric modification involved the rounding of sharp corners. In this work, we systematically analyze the impact of rounded corner radii on the reducing the flow-induced loading on a square cylinder. We perform 3-Dimensional (3D) simulations for high Reynolds number flows (Re=1 × 105) which are more likely to be encountered in practical applications. An Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES) method capable of capturing flow accurately at large Reynolds numbers is employed in this study. The IDDES formulation uses a k-ω Shear Stress Transport (SST) model for near-wall modelling that prevents mesh-induced separation of the boundary layer. The effects of these corner modifications are analyzed in terms of the resulting variations in the mean and fluctuating components of the aerodynamic forces compared to a square cylinder with no geometric changes. Plots of the angular distribution of the mean and fluctuating coefficient of pressure along the square cylinder's surface illustrate the effects of corner modifications on the different parts of the cylinder. The windward corner's separation angle was observed to decrease with an increase in radius, resulting in a narrower and longer recirculation region. Furthermore, with an increase in radius, a reduction in the fluctuating lift, mean drag, and fluctuating drag coefficients has been observed.