• 한국수자원학회논문집
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• 제56권spc1호
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• pp.1059-1069
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• 2023

댐붕괴흐름은 댐이 갑자기 붕괴하여 제어가 어려운 상태의 고속흐름이 방출되는 현상이다. 이 연구에서는 3차원의 댐붕괴흐름을 모의하기 위해 OpenFOAM을 사용하여 층류 및 난류 모델을 적용하고 그 결과를 비교하였다. 난류 모의를 위해 레이놀즈 평균 나비에-스토크스 (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 모델, 구체적으로 k-ε 모델을 사용하였다. 수리모형실험과 함께 수정된 다층 블록 장애물 시나리오를 대상으로 두 가지 모델을 평가하였다. 두 모델 모두 댐붕괴흐름을 효과적으로 재현하였으며, 난류 모델은 흐름의 변동성을 감소시키는 역할을 보여줬다. 그러나 난류 모델에서의 과도한 에너지소산은 수위를 과소 평가하게 하는 것으로 나타났다. 수치기법 및 격자 해상도를 개선하여 적용한 결과 흐름재현성이 향상되었는데 이는 특히 구조물 근처의 난류흐름에서 두드러졌다. 모델 안정성의 경우 난류모델의 사용여부보다는 수치기법 및 격자 해상도의 개선에 더 크게 영향을 받았다. k-ε 모델에 내재된 시간평균처리의 특성은 불연속성과 불안정성이 두드러진 댐붕괴흐름을 재현하는 데 한계가 있음을 나타냈다. RANS 모델을 포함한 난류모의는 방대한 계산자원이 필요하지만, 층류 모델과 비교하여 성능 향상이 제한적이었다. 댐붕괴흐름을 정확히 재현하기 위해 LES (Large Eddy Simulation) 및 DNS (Direct Numerical Simulation)과 같은 고급 난류 모델의 사용이 권장되며, 이를 위해서는 미세한 공간 및 시간 스케일의 구성이 필수적이다. 이 연구를 통해 댐붕괴흐름을 모의할 때 기본적으로 사용할 수 있는 주요 접근법과 적용가능성을 측정하였으며, 구조물 근처에서 난류흐름에 대한 정확한 표현의 중요성을 강조할 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2B호
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• pp.139-144
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• 2006

측벽이 존재하는 개수로 난류흐름에 대한 DNS 자료를 사용하여 레이놀즈 전단응력 및 이차흐름의 생성메커니즘을 규명하였다. 측벽 부근에서 이차흐름의 양상을 보면, 상부 및 하부 모서리 부근에서는 측벽을 향해 침투되는 이차흐름이 형성된 반면, 그 외의 영역에서는 수로 중앙을 향해 분출하는 이차흐름이 형성된 것으로 나타났다. 측벽 부근에서 레이놀즈 전단응력의 분포를 산정하였으며, 고유구조와 연계하여 분석하였다. 사분면 해석에서 측벽을 향해 침투되는 이차흐름이 생성된 영역에서는 쓸기현상이 지배적인 반면, 측벽으로부터 분출되는 이차흐름이 형성된 영역에서는 분출현상이 지배적인 것으로 나타났다. 또한 조건부 사분면 해석을 통해 레이놀즈 전단응력의 생성 및 이차흐름의 양상이 지배적인 고유구조의 방향성에 의해 결정된다는 것을 확인하였다.

• Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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• 제20권1호
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• pp.37-50
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• 2016

A large eddy simulation (LES) of a turbulent channel flow is performed by using the third order low-storage Runge-Kutta method in time and second order finite difference formulation in space with staggered grid at a Reynolds number, $Re_{\tau}=590$ based on the channel half width, ${\delta}$ and wall shear velocity, $u_{\tau}$. To reduce the calculation cost of LES, algebraic wall model (AWM) is applied to approximate the near-wall region. The computation is performed in a domain of $2{\pi}{\delta}{\times}2{\delta}{\times}{\pi}{\delta}$ with $32{\times}20{\times}32$ grid points. Standard Smagorinsky model is used for subgrid-scale (SGS) modeling. Essential turbulence statistics of the flow field are computed and compared with Direct Numerical Simulation (DNS) data and LES data using no wall model. Agreements as well as discrepancies are discussed. The flow structures in the computed flow field have also been discussed and compared with LES data using no wall model.

• 대한기계학회논문집B
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• 제31권8호
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• pp.702-710
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• 2007

Direct numerical simulation (DNS) is performed to investigate suppressed wake transition and occurrence of lock-on in the wake of a circular cylinder disturbed by sinusoidal perturbation at the Reynolds number of 220 (A-mode instability regime). The sinusoidal perturbation, of which the frequency is near twice the natural shedding frequency, is superimposed on the free stream velocity. It is shown that the wake transition behind the circular cylinder can be suppressed due to the perturbation of the free stream velocity. This change causes a jump in the Strouhal number from the value corresponding to A-mode instability regime to the value corresponding to retarded wake transition regime (extrapolated from laminar shedding regime) in the Strouhal-Reynolds number relationship. As a result, vortex shedding frequency is locked on the perturbation frequency depending not on the natural shedding frequency but on the modified shedding frequency.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2001년도 추계 학술대회논문집
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• pp.84-90
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• 2001

Secondary instability of flow past a circular cylinder is examined using direct numerical simulation at Reynolds number 220 and 250. The higher-order finite difference scheme is employed for the spatial distributions along with the second order Adams-Bashforth and the first order backward-Euler time integration. In x-y plane, the convection term is applied by the 5th order upwind scheme, and the pressure and viscosity terms are applied by the 4th order central difference. In spanwise, Navier-Stokes equation is distributed using Spectral Method. The critical Reynolds number for this instability is found to be about Re=190. The secondary instability leads re three-dimensionality with a spanwise wavelength about 4 cylinder diameters at onset (A-mode). Results of three-dimensional effect in wake of a circular cylinder are represented with spanwise and streamwise vorticity contours as Reynolds numbers.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제41권7호
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• pp.893-906
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• 2009

The present work presents the development of a Large Eddy Simulation (LES) methodology viable for complex geometries and suitable for the simulation of rod-bundles. The use of LES and Direct Numerical Simulation (DNS) allows for a deeper analysis of the flow field and the use of stochastical tools in order to obtain additional insight into rod-bundle hydrodynamics. Moreover, traditional steady-state CFD simulations fail to accurately predict distributions of velocity and temperature in rod-bundles when the pitch (P) to diameter (D) ratio P/D is smaller than 1.1 for triangular lattices of cylindrical pins. This deficiency is considered to be due to the failure to predict large-scale coherent structures in the region of the gap. The main features of the code include multi-block capability and the use of the fractional step algorithm. As a Sub-Grid-Scale (SGS) model, a Dynamic Smagorinsky model has been used. The code has been tested on plane channel flow and the flow in annular ducts. The results are in excellent agreement with experiments and previous calculations.

• 대한환경공학회지
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• 제31권10호
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• pp.933-940
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• 2009

본 연구에서는 분무화염의 기초적인 물리현상을 해명하기 위하여 층류 대향류장에 형성된 분무 화염에 2차원 직접 수치계산(Direct numerical simulation, DNS)을 적용하여, 당량비 및 연료종이 분무화염 구조에 미치는 영향에 대하여 관찰하였다. 기상에 대해서는 질량 보존식, 운동량 보존식, 에너지 보존식을 오일리안(Eulerian) 법으로 계산하였으며, 액적에 대해서는 화염중의 모든 개개의 유적을 라그란지안(Lagrangian) 법으로 추적하였다. 액체 연료로는 n-데칸 ($C_{10}H_{22}$)과 n-헵탄($C_7H_{16}$)을 이용하였으며, 연소반응 모델에는 총괄반응식을 이용하였다. 당량비가 증가함에 따라 착화가 빠르며, 고온영역도 넓게 분포하고 있다. 그러나, 최대 온도치는 당량비가 증가함에 따라 한번 증가한 후 감소하는 경향을 나타내고 있다. 당량비가 클수록 최대 온도가 감소하는 것은 분무화염 내부의 군연소 거동에 의한 냉각효과 때문이라고 생각된다. 또한, n-헵탄은 n-데칸과 비교하여 증발속도가 빠르기 때문에 넓은 고온 영역을 형성하지만 최대 온도는 거의 같은 값을 나타내었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제20권1호
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• pp.304-320
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• 1996

A multiple production .epsilon. equation model was developed in the low Reynolds number $\kappa$-$\varepsilon$ model with the aids of DNS data. We derived the model theoretically and avoided the use of empirical correlations as much as possible in order for the model to have generality in the prediction of complex turbulent flow. Unavoidable model constants were, however, optimized with the aids of DNS data. All the production and dissipation models in the $\varepsilon$ equation were modified with damping functions to satisfy the wall limiting behavior. A new $f_{\mu}$ function, turbulent diffusion and pressure diffusion model for the k and .epsilon. equations were also proposed to satisfy the wall limiting behavior. By, computational investigation on the plane channel flows, we found that the multiple production model for .epsilon. equation could improve the near wall turbulence behavior compared with the standard production model without the complicated empirical modification. Satisfication of the wall limiting conditions for each turbulence model term was found to be most important for the accurate prediction of near wall turbulence behaviors.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2006년도 제33회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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• pp.177-186
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• 2006

Flame surface area is a critical parameter determining turbulent flame speed. Three-dimensionaldirect numerical simulations (DNS) were conducted to figure out the evolution process of flame surface area. Fully compressible Navier-Stokes equations are solved to reproduce premixed flame embedded in isotropic decaying turbulent flow. The tangential straining and curvature of propagating surface affect development of flame area. In this study, four different turbulent intensity flows and three different Le number flames are investigated to force changes in straining and curvature effects. Consistent results are obtained for the probability density functions (PDF) of strain and curvature with previous researches. It is revealed that displacement speed, which is a speed of flame surface relative to unburnt flow, controls the balance between sink and source of flame surface area.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 1999년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.111-117
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• 1999

섬유강화 복합재료의 섬유와 수지까지 세부적으로 모델링이 가능한 Direct Numerical Simulation을 통해서 Boron/Aluminum 섬유강화 복합재료의 탄성계수들을 구해 보았다. 수치실험에서는 복합재료를 직교이방성 물질로 가정하였고, 특정 체적에 대한 평균치를 이용해서 물성치를 구하였으며, 혼합법칙에 의해서 구한 값 및 대표체적요소(Representative Volume Element)를 사용해서 구한 값들과 비교하였다. 혼합법칙의 경우, 섬유방향 인장계수(E₁)을 제외한 나머지 물성치들에 대해서는 상당한 차이를 나타내며, 이는 혼합법칙 유도과정에서 가정한 기본가정들이 적절하지 않기 때문이라는 것을 수치실험(Numerical Experiment)을 통해 알 수 있었다.