• 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.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권1호
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• pp.94-100
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• 2012

본 연구는 벽면 근처에 놓인 정방형주의 모서리에 수직 분할판을 부착하여 유체력 제어 효과를 양항력 측정실험 및 PIV에 의한 가시화 실험으로 조사한 것이다. 분할판의 폭은 정방형주 폭의 10% 로 했다. 실험변수로서는 수직 분할판의 부착 위치 및 벽면과 사각주 사이의 간격으로 하였다. 정방형주 중심에서 후류방향으로 3.0B(B: 정방형주 한 변 길이) 떨어진 곳에서 와도의 변화가 가장 명확했다. 수직 분할판의 위치 및 유무와 관계없이 간격비 0.4~0.6에서 평균양력계수 및 Strouhal 수의 변곡점이 나타났다. 정방형주 윗면의 뒷 모서리에 수직 분할판을 설치한 경우 항력이 감소하였으며 각 간격비 평균 5.0%의 항력 저감 효과를 얻었다. 정방형주 윗면 박리영역의 크기는 앞쪽 모서리에 수직 분할판을 설치한 경우가 가장 컸고, 원형의 정방형주, 뒷쪽 모서리에 수직 분할판을 설치한 순서로 작았으며, 평균항력계수는 이 박리영역의 크기에 비례했다.

• Wind and Structures
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• 제30권2호
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• pp.181-198
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• 2020

In the traditional buffeting response analysis method, the spanwise incomplete correlation of buffeting forces is always assumed to be same as that of the incident wind turbulence and the action of the signature turbulence is ignored. In this paper, three typical bridge decks usually adopted in the real bridge engineering, a single flat box deck, a central slotted box deck and a two-separated paralleled box deck, were employed as the investigated objects. The wind induced pressure on these bridge decks were measured via a series of wind tunnel pressure tests of the sectional models. The influences of the wind speed in the tests, the angle of attack, the turbulence intensity and the characteristic distance were taken into account and discussed. The spanwise root coherence of buffeting forces was also compared with that of the incidence turbulence. The signature turbulence effect on the spanwise root coherence function was decomposed and explained by a new empirical method with a double-variable model. Finally, the formula of a sum of rational fractions that accounted for the signature turbulence effect was proposed in order to fit the results of the spanwise root coherence function. The results show that, the spanwise root coherence of the drag force agrees with that of incidence turbulence in some range of the reduced frequency but disagree in the mostly reduced frequency. The spanwise root coherence of the lift force and the torsional moment is much larger than that of the incidence turbulence. The influences of the wind speed and the angle of attack are slight, and they can be ignored in the wind tunnel test. The spanwise coherence function often involves several narrow peaks due to the signature turbulence effect in the high reduced frequency zone. The spanwise coherence function is related to the spanwise separation distance and the spanwise integral length scales, and the signature turbulence effect is related to the deck-width-related reduced frequency.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권7호
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• pp.900-908
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• 2014

본 연구는 상류측에 작은 수직평판을 가진 정방형주의 유동장 특성을 양 항력측정 실험과 PIV를 이용한 가시화 실험으로 파악한 것이다. 실험파라메터는 정방형주 한 변의 길이에 대한 수직평판의 폭비(H/B=0.2~0.6) 및 정방형주 전면에서부터 수직평판까지의 거리 (G/B=0~3) 로 했다. 수직평판의 폭비를 고정시킨 경우 정방형주의 항력감소율은 간격비가 증가할수록 증가하다 감소하는 특성을 보였다. 또한 같은 간격비에서는 수직평판의 폭비가 클수록 정방형주의 항력감소율이 컸다. 정방형주의 양력감소율은 수직평판의 폭비 및 간격비에 거의 영향을 받지 않았으며, 양력감소율의 평균치는 48.1% 정도였다. 수직평판을 설치한 경우 정방형주 상류측과 하류측에 정체영역이 나타났다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제5권3호
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• pp.40-45
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• 2002

Since the previous cut-and-try design algorithm requires much cost and time, the automated design technique with the CFD and optimum design algorithm has recently been concerned. In this work, the Navier-Stokes equation was solved to gain more detailed viscous flow information of cascade with rotor-stator interactions. The H-grid embedded by O-grid was generated to obtain more accurate solution by eliminating the branch cut of H-grid near airfoil surface. To handle the relative motion of the rotor to the stationary stator, the sliding multiblock method was applied and the cubic-spline interpolation was used on the block interface boundary. To validate present procedure, the time-averaged aerodynamic loads were compared with experimeatal data. A good agreement was obtained. The Modified Method of Feasible Direction (MMFD) was used to carry out the sensitivity analysis of the change of aerodynamic performance by the changes of the cascade geometry. The present optimization of the cascade gave a dramatic reduction of the drag while the lift maintains at the value within the user-specified tolerance.

• 한국전산유체공학회지
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• 제18권1호
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• pp.91-97
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• 2013

In the present study, the effects of contaminant accumulation and surface roughness on the aerodynamic performance of wind turbine blade sections were numerically investigated by using a flow solver based on unstructured meshes. The turbulent flow over the rough surface was modeled by a modified ${\kappa}-{\omega}$ SST turbulence model. The calculations were made for the NREL S809 airfoil with varying contaminant sizes and positions at several angles of attack. It was found that as the contaminant size increases, the degradation of the airfoil performance becomes more significant, and this trend is further amplified near the stall condition. When the contaminant is located at the upper surface near the leading edge, the loss in the aerodynamic performance of the blade section becomes more critical. It was also found that the surface roughness leads to a significant reduction of lift, in addition to increased drag.

• Steel and Composite Structures
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• 제34권5호
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• pp.699-713
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• 2020

The aerodynamic performance of long-span cable-stayed bridges is much dependent on its geometrical configuration and countermeasure strategies. In present study, the aerodynamic performance of three composite cable-stayed bridges with different tower configurations and passive aerodynamic countermeasure strategies is systematically investigated by conducting a series of wind tunnel tests in conjunction with theoretical analysis. The structural characteristics of three composite bridges were firstly introduced, and then their stationary aerodynamic performance and wind-vibration performance (i.e., flutter performance, VIV performance and buffeting responses) were analyzed, respectively. The results show that the bridge with three symmetric towers (i.e., Bridge I) has the lowest natural frequencies among the three bridges, while the bridge with two symmetric towers (i.e., Bridge II) has the highest natural frequencies. Furthermore, the Bridge II has better stationary aerodynamic performance compared to two other bridges due to its relatively large drag force and lift moment coefficients, and the improvement in stationary aerodynamic performance resulting from the application of different countermeasures is limited. In contrast, it demonstrates that the application of both downward vertical central stabilizers (UDVCS) and horizontal guide plates (HGP) could potentially significantly improve the flutter and vortex-induced vibration (VIV) performance of the bridge with two asymmetric towers (i.e., Bridge III), while the combination of vertical interquartile stabilizers (VIS) and airflow-depressing boards (ADB) has the capacity of improving the VIV performance of Bridge II.

• 해양환경안전학회지
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• 제26권7호
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• pp.931-941
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• 2020

해양데이터를 수집하기 위해 필요한 엔지니어, 연구원 및 과학자를 대신할 수 있는 해양 모니터링 장치인 자율주행보트의 필요성이 대두되고 있다. 이 논문은 자율주행보트의 세일을 개발하기 위한 연구로 곡선형 트윈 세일의 공기역학적인 특성을 수치해석적으로 분석하고 이를 날개 형태의 세일과 성능비교를 통해 곡선형 트윈 세일의 공기 역학적인 성능을 확인하였고, 세일의 간격과 형상에 따른 성능을 비교하였다. 유체 해석을 위한 지배방정식은 Navier - Stokes를 사용하였다. 성능비교 결과 곡선 형 트윈 세일은 날개 형태의 세일과 비교하여 양력, 항력 및 추력 계수가 향상됨을 알 수 있다. 또한, 트윈 세일의 양 날개의 간격은 중요한 변수임을 확인 하였다. 0.035 L, 0.07 L, 0.14 L에서는 스톨로 인해 양력 계수의 감소로 나타났고 0.21 L, 0.28 L, 0.35 L에서는 개선되어 0.28 L에서 최대 양력을 보여준다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권5호
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• pp.625-631
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• 2011

본 연구는 벽면근처에 놓인 정방형주의 모서리에 수평 분할판을 부착하여 유체력 제어 효과를 양항력 측정실험 및 PIV에 의한 가시화 실험으로 조사한 것이다. 분할판의 폭은 정방형주 폭의 10% 로 했다. 실험변수로서는 수평 분할판의 부착 위치 및 벽면과 사각주 사이의 간격으로 하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 간격비 0.4 이상에서 벽면과 정방형주 사이에 흐름이 명확했고, 후류측 칼만 와도 뚜렷이 나타났다. 원형의 정방형주는 간격비 0.4에서 수평 분할판을 가진 정방형주는 간격비 0.6에서 평균양력계수 및 Strouhal 수의 변곡점이 나타났다. 정방형주 아랫면의 뒷 모서리에 수평 분할판을 설치한 경우 항력이 감소하였으며 각 간격비 평균 4.5%의 항력 저감 효과를 얻었다. 이 경우 정방형주 윗면 박리영역의 크기는 분할판이 없는 정방형주에 비해 작았다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권4호
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• pp.648-656
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• 2022

국제해사기구(IMO)의 온실가스(GHG) 감축 전략과 같은 환경규제를 강화함에 따라 친환경 선박 및 대체 연료 등 기술 개발이 확대되고 있다. 그의 일환으로 해운사와 조선사를 중심으로 에너지 저감과 풍력 추진 기술을 활용한 선박 추진 기술이 대두되고 있다. 풍력 추진 기술의 확보와 실증 연구를 조선 및 해운 분야에 도입함으로써 친환경 기술을 활용한 고부가가치 시장을 창출할 수 있으며, 운항선박의 연료 소비율을 줄임으로써 연비를 약 6~8 % 정도 향상시켜 GHG의 감축을 기대할 수 있다. 로터 세일(Rotor Sail, RS) 기술은 원형 실린더가 일정한 속도로 회전하여 유체를 통과할 때 실린더의 수직 방향으로 유체역학적 힘을 발생시키는 기술이다. 이를 마그누스 효과(Magnus Effect)라고 하며, 본 연구에서는 선박에 설치된 풍력보조추진 시스템인 RS 주위의 난류 유동특성에 관한 수치해석적 연구를 통하여 추진효율을 높일 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. 그래서 RS의 공기 역학적 힘에 영향을 미치는 매개변수로써 속도비(Spin Ratio, SR)와 종횡비(Aspect Ratio, AR) 변화에 따른 양력계수(C_L)와 항력계수(C_D)를 도출하였고, RS 끝단 플레이트(End Plate, EP) 적용에 따른 RS 주변 유동특성을 비교하였다.