• 한국방재학회 논문집
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• 제8권4호
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• pp.91-100
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• 2008

본 연구는 Cartesian 격자망을 기본으로 하여 복잡한 지형을 위한 격자를 간편하고 효율적으로 생성할 수 있는 기법인 분할격자체계를 제안하고자 한다. 분할격자기법은 전반적인 흐름영역의 격자는 균일한 크기의 Cartesian 격자로 표현하지만 수치모형의 정확성, 적용성 및 효율성을 증대시키기 위하여 흐름의 특성이 변하는 격자를 분할하여 처리하는 기법이다. 분할격자체계에 의한 격자망은 다양한 크기 및 형상을 지니게 되므로, 유한체적기법을 적용하여 복잡한 흐름영역을 위한 수치모형을 구성한다. HLLC Riemann 근사해법을 이용하여 지배방정식을 이산화하였으며, 수치해의 안정성을 기하기 위하여 TVD-WAF기법을 적용하였다. 분할격자체계를 이용한 수치모형을 검증하기 위하여 해석해가 존재하는 사각형수조의 자유진동흐름을 모의하였다. 해석해와 수치모의 결과를 비교하여 본 연구에서 제안된 기법이 균일격자 및 분할격자체계에서 자유수면변위 및 x-축 및 y-축 방향의 유속을 정확히 모의함을 확인하였다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제10권2호
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• pp.201-226
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• 2020

A systematic numerical comparative study of the performance of semicircular and rectangular submerged breakwaters interacting with solitary waves is the basis of this paper. To accomplish this task, Nwogu's extended Boussinesq model equations are employed to simulate the interaction of the wave with breakwaters. The finite difference technique has been used to discretize the spatial terms while a fourth-order predictor-corrector method is employed for time discretization in our numerical model. The proposed computational scheme uses a staggered-grid system where the first-order spatial derivatives have been discretized with fourth-order accuracy. For validation purposes, five test cases are considered and numerical results have been successfully compared with the existing analytical and experimental results. The performances of the rectangular and semicircular breakwaters have been examined in terms of the wave reflection, transmission, and dissipation coefficients (RTD coefficients) denoted by K_R, K_T, K_D. The latter coefficient K_D emerges due to the non-energy conserving K_R and K_T. Our computational results and graphical illustrations show that the rectangular breakwater has higher reflection coefficients than semicircular breakwater for a fixed crest height, but as the wave height increases, the two reflection coefficients approach each other. un the other hand, the rectangular breakwater has larger dissipation coefficients compared to that of the semicircular breakwater and the difference between them increases as the height of the crest increases. However, the transmission coefficient for the semicircular breakwater is greater than that of the rectangular breakwater and the difference in their transmission coefficients increases with the crest height. Quantitatively, for rectangular breakwaters the reflection coefficients K_R are 5-15% higher while the diffusion coefficients K_D are 3-23% higher than that for the semicircular breakwaters, respectively. The transmission coefficients K_T for rectangular breakwater shows the better performance up to 2.47% than that for the semicircular breakwaters. Based on our computational results, one may conclude that the rectangular breakwater has a better overall performance than the semicircular breakwater. Although the model equations are non-dissipative, the non-energy conserving transmission and reflection coefficients due to wave-breakwater interactions lead to dissipation type contribution.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권10호
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• pp.961-969
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• 2013

본 연구에서는 상용 전산유체역학 소프트웨어인 ANSYS CFX V.13을 사용하여 정상상태, 비압축성, 등온으로 가정된 엇갈림 관 다발 및 일렬 관 다발 주위의 난류유동을 계산하였다. 계산 결과는 전산유체역학 우수사례 지침에 근거하여 격자크기, 대류항 차분법의 정확도 및 난류모델에 대한 민감도 연구에 활용되었고 실험 결과와 정량적으로 비교함으로써 우수사례 지침의 적용성을 평가하였다. 결론적으로 전산유체역학 우수사례 지침이 관 다발 유동 분야에서 상용 전산유체역학 소프트웨어의 예측성능 향상을 반드시 보증하지 않음을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권4호
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• pp.290-297
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• 2016

사각덕트에서 난류 유동장으로 분사되는 액체 제트의 액주 분열과 미립화 현상에 관한 LES를 수행하였다. 기체상태의 공기 유동 해석에 오일러리안 해법을 사용하고, 액적 추적을 위하여 라그랑지안 해법을 사용하여 기체-액체간 이상유동(two phase flow) 해석을 수행하였다. 액적 분열 모델, 아격자 스케일 모델 및 공간 차분법에 따른 액적 분열을 조사하였다. 액체 제트의 침투깊이를 경험식과 비교하였으며 경험식보다 약간 높음을 알 수 있었다. 제트 후류에서 사우터 평균직경에 대한 분석을 수행하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.94-101
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• 1994

해상에 누출된 기름의 거동은 크게 초기확산, 수평이동 그리고 풍화과정으로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 초기확산과 수평이동을 고려하는 단기예측모델을 개발하여 경기만에 적용하였다. 누출된 기름의 초기확산과정에서는 Fay의 3단계 분류법에 근거한 경험식으로 확산반경을 추정하고, 수평이동과정에서는 바람과 $M_2$조석을 고려하여 기름의 이동을 추정 하였다. 조석 수치모델을 위해서 깊이방향으로 적분된 운동방정식을 사용하였고, 수치 계산을 위해 교차 격자체계를 채택하였다. 시간전개를 하는 방법으로 양해법과 중간시간전개법을 이용하여 그 계산결과를 서로 비교하였다. 수치해의 정확도를 검증하기 위하여 간단한 직사각형 유체영역에 먼저 수치모델을 적용한 다음, 실제 계산영역인 경기만에 적용하였다. 또한, 사고 발생시간과 누출장소, 누출된 양과 누출 지속시간, 바람의 크기와 방향을 입력하면 기름의 이동방향과 오염지역 그리고 해안선의 오염정도를 가시화할 수 있는 기능을 단기 예측모델에 포함 시켰다.

• 한국해양공학회지
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• 제33권4호
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• pp.313-321
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• 2019

The prediction of the hydrodynamic performance of a planing hull vessel is an important and challenging topic for computational fluid dynamic (CFD) applications to naval hydrodynamics. In this paper, the resistance and planing attitude analysis for a Fridsma hull, which is a prismatic planing hull, in still water are numerically studied using OpenFOAM. OpenFOAM is an open source code package based on C++ libraries and the finite volume method (FVM) for the discretization of the RANS equation. The volume of fluid method (VOF) is used to capture the water-air interface and the SST ${\kappa}-{\omega}$ model is used for the turbulence simulation. The overset mesh method is used to capture the large motion of the hull at higher speeds. Before the extensive analysis, uncertainty analyses using various time steps and grid sizes were performed for one ship speed case of Fn = 1.19. The results of the present study are compared with those of a model test, other CFD research, and Savitsky's empirical formula. The results of the present study, following the trend of other CFD results, slightly over predict the resistance and under predict the sinkage and, more significantly, the trim.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.559-567
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• 2012

초탄성을 고려한 비선형 구조의 레벨셋 기반 위상 및 형상 최적설계 방법을 개발하였다. 전체 영역에서 재료의 극단적인 불균형 분포로 기인하는 부정확한 접강성행렬(tangent stiffness matrix)로 인해, 비선형 문제의 위상 최적설계는 심각한 수렴성의 어려움을 겪는다. 이를 해결하기 위해, 임의의 형상을 표현할 수 있는 레벨셋 방법의 장점을 이용하여 정확한 접강성 행렬을 구하기 위해 명시적인 경계(explicit boundary)를 이용하였다. 레벨셋 함수로 표현되는 임의의 영역을 암시적 고정 격자(implicit fixed grid)를 이용하여 계산하는 것 대신에 명시적으로 그 영역을 이산화하기 위해 딜라우네이 삼각화 기법(Delaunay triangulation scheme)을 이용하였다. 레벨셋 방정식을 풀기 위해 최적화 조건으로부터 라그란지안(Lagrangian; 목적함수)가 감소하는 방향이 되도록 속도장을 결정하였다. 실제 영역 바깥쪽 속도장은 Adalsteinsson와 Sethian(1999)가 제안한 속도확장 기법을 이용하여 구하였다. 레벨셋 기반의 최적화 기법에 위상 민감도를 이용하여, 최적화 과정에서 원하는 시기와 위치에 위상 변화가 가능하도록 하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권5호
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• pp.361-372
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• 2019

본 연구의 목적은 운동량방정식에서 이송가속도항을 제외한 지배방정식을 이용하여 정형 사각 격자 기반의 2차원 지표면 침수해석 모형을 개발하는 것이다. 공간적 이산화는 유한체적법을 이용하였으며, 시간적 이산화는 음해법을 적용하였다. 모형의 실행시간을 단축하기 위해서 CPU를 이용한 병렬계산 기법을 적용하였다. 개발된 모형의 검증을 위해서 해석해와 비교하고, 가상 도메인에서 수치실험을 통해 모형의 거동을 평가하였다. 또한 국내의 장호원 지역과 모로코의 Sebou 강 지역에 대해서 각기 다른 공간해상도로 침수해석을 수행하고, 그 결과를 CAESER-LISFLOOD (CLF) 모형을 이용한 해석 결과와 비교하였다. 모형의 검증 결과 해석해와 잘 일치된 모의 결과를 나타내었고, 가상 도메인에서의 흐름 해석도 타당한 것으로 평가되었다. 장호원 지역과 Sebou 강 지역에 대한 본 연구와 CLF 모형의 침수모의 결과는 침수심과 침수범위에서 서로 유사하게 나타났으며, 장호원 지역의 경우 홍수위험지도의 침수범위와도 유사한 값을 보였다. 본 연구와 CLF 모형의 모의결과에서 상이한 부분에 대해서는 각각의 모의결과를 비교 평가하였다. 연구결과 본 연구에서 제시된 모형은 홍수터에서의 침수 양상을 잘 모의할 수 있는 것으로 평가되었다. 그러나 본 연구에서 제시된 모형을 이용하여 침수해석을 할 경우에는 도메인 구성 방법과 지배방정식 및 해석 방법에 의한 모형의 특징과 한계점을 충분히 고려해야 할 것이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권12호
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• pp.1175-1183
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• 2013

전산유체역학 소프트웨어의 일부 개발자 및 사용자는 최신 전산유체역학 소프트웨어가 최소한 단상 원자로 안전문제는 타당하게 해석할 수 있을 것으로 생각하지만 계산 결과에는 여전히 제한성 및 불확실도가 존재한다. 현재 한국원자력안전기술원에서는 규제관점에서 원자로 안전문제에 대한 상용 전산유체역학 소프트웨어의 성능평가를 수행하고 있다. 본 연구에서는 축소 APR+ 원자로 내부유동 해석시다공성 모델을 적용한 상용 전산유체역학 소프트웨어의 예측 성능을 평가하기 위해 ANSYS CFX R.14 및 FLUENT R.14 에 탑재된 수치모델을 이용하여 계산을 수행하였다. 결론적으로 전산유체역학 소프트웨어에 따라 축소 APR+ 원자로 내부유동 분포는 국부적으로 차이가 발생하였다. 비록 제한된 수의 측정치로 인해 상용 전산유체역학 소프트웨어간 예측성능을 평가하기에는 다소 한계가 있으나 CFX R.14 가 FLUENT R.14 에 비해 상대적으로 타당한 예측결과를 제시하였다. 한편 적용된 차분법의 차이로 인해 동일한 격자에 대해 FLUENT R.14 가 CFX R.14 에 비해 상대적으로 많은 계산 메모리를 필요로 하였다. 따라서 대용량 병렬 계산시 가용한 계산 자원에 적합한 전산유체역학 소프트웨어가 선정되어야 한다.