• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제31권3호
• /
• pp.328-336
• /
• 2020

In the Francis turbine, the leakage flow through the runner gaps which are between the runner and the stator structure influences the internal flow and hydraulic performance. Thus, the investigation for the flow characteristics induced by the runner gaps is important. However, the runner gaps are often disregarded by considering the time and cost of the numerical analysis. Therefore, in this study, the flow characteristics according to runner gaps of the Francis turbine model were investigated including the leakage flow of the runner cone. The three-dimensional unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes analyses were conducted using a scale-adaptive simulation shear stress transport as a turbulence model for observing the influence of the leakage flow on the internal flow and hydraulic performance. The efficiencies were decreased slightly with runner gaps; and the complicated flows were captured in the gaps.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제36권8호
• /
• pp.1091-1096
• /
• 2012

유한체적법을 기반으로 나비에 스톡스 방정식을 비구조격자로 풀어 실린더 주위의 공력특성을 규명하였다. 보텍스, 속도, 압력, 잔차, 항력계수 등의 데이터를 가지고 분석하였고 레이놀즈 수는 50, 100이다. 유동특성은 Re>50에서 주기적으로 진동하는 소용돌이를 후류에 형성하며 이 현상은 이동하는 실린더에서도 유사한 현상을 보여 주었다. 지면효과는 실린더 위쪽에서 형성된 소용돌이가 벽면에 근접할수록 실린더의 후방으로 길게 늘어나는 형상을 보이고, 실린더와 근접벽면 사이의 유속이 정체되어 실린더와 벽면 사이의 간격이 0.6 에서는 근접 평판과 실린더 사이의 유동이 거의 끊겨짐을 알 수 있었다. 본 수치계산의 검증을 위하여 항력계수를 타 연구결과와 비교하였다.

• 한국해양공학회지
• /
• 제24권5호
• /
• pp.16-21
• /
• 2010

During the loading/offloading operation of a liquefied natural gas carrier (LNGC) that is moored in a side-by-side configuration with an offshore plant, sloshing that occurs due to the partially filled LNG tank and the interactive effect between the two floating bodies are important factors that affect safety and operability. Therefore, a time-domain software program, called CHARM3D, was developed to consider the interactions between sloshing and the motion of a floating body, as well as the interactions between multiple bodies using the potential-viscous hybrid method. For the simulation of a floating body in the time domain, hydrodynamic coefficients and wave forces were calculated in the frequency domain using the 3D radiation/diffraction panel program based on potential theory. The calculated values were used for the simulation of a floating body in the time domain by convolution integrals. The liquid sloshing in the inner tanks is solved by the 3D-FDM Navier-Stokes solver that includes the consideration of free-surface non-linearity through the SURF scheme. The computed sloshing forces and moments were fed into the time integration of the ship's motion, and the updated motion was, in turn, used as the excitation force for liquid sloshing, which is repeated for the ensuing time steps. For comparison, a sloshing motion coupled analysis program based on linear potential theory in the frequency domain was developed. The computer programs that were developed were applied to the side-by-side offloading operation between the offshore plant and the LNGC. The frequency-domain results reproduced the coupling effects qualitatively, but, in general, the peaks were over-predicted compared to experimental and time-domain results. The interactive effects between the sloshing liquid and the motion of the vessel can be intensified further in the case of multiple floating bodies.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제13권4호
• /
• pp.241-248
• /
• 2010

본 논문은 조류발전을 위하여 가장 보편적으로 사용되는 수직축 조류발전 터빈의 하나인 다리우스 터빈의 효율에 미치는 다양한 설계변수의 영향을 살펴보기 위하여 수행하였다. 날개 수, 코드 길이, 피치 및 캠버를 설계변수로 채택하였으며, 2차원 및 3차원 비정상 난류유동해석을 위하여 FLUENT의 RANS방정식과 k-e 난류모델을, 격자계 모델링을 위하여 GAMBIT을 이용하였다. 기본적인 수치해석방법은 정현주 등(2009)을 참조하였다. 설계변수 변경에 따른 방대한 계산 량을 감안하여 수치해석의 신뢰도가 허락하는 범위에서 대부분 2차원 해석으로 결과를 도출하였다. 본 연구에서 제시한 설계변수의 최적화를 통하여 기준모형보다 월등한 성능을 보이는 고효율 수직축 터빈 모델을 제시할 수 있었다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산유체공학회 2010년 춘계학술대회논문집
• /
• pp.530-533
• /
• 2010

This paper presents numerical analysis and design optimization of various turbine blade cooling techniques with three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) analysis. The fluid flow and heat transfer have been performed using ANSYS-CFX 11.0. A fan-shaped hole for film-cooling has been carried out to improve film-cooling effectiveness with the radial basis neural network method. The injection angle of hole, lateral expansion angle of hole and ratio of length-to-diameter of the hole are chosen as design variables and spatially averaged film-cooling effectiveness is considered as an objective function which is to be maximized. The impingement jet cooling has been performed to investigate heat transfer characteristic with geometry variables. Distance between jet nozzle exit and impingement plate, inclination of nozzle and aspect ratio of nozzle hole are considered as geometry variables. The area averaged Nusselt number is evaluated each geometry variables. A rotating rectangular channel with staggered array pin-fins has been investigated to increase heat transfer performance ad to decrease friction loss using KRG modeling. Two non-dimensional variables, the ratio of the eight diameter of the pin-fins and ratio of the spacing between the pin-fins to diameter of the pin-fins selected as design variables. A rotating rectangular channel with staggered dimples on opposite walls are formulated numerically to enhance heat transfer performance. The ratio of the dimple depth and dimple diameter are selected as geometry variables.

• 한국전산유체공학회지
• /
• 제22권1호
• /
• pp.59-66
• /
• 2017

The guideline of selecting the number of snapshot dataset, $N_s$ in proper orthogonal decomposition(POD) was presented via the analysis of Eigen values based on the singular value decomposition(SVD). In POD, snapshot datasets from the solutions of Euler or Navier-Stokes equations are utilized to SVD and a reduced order model(ROM) is constructed as the combination of Eigen vectors. The ROM is subsequently applied to reconstruct the flowfield data with new set of flow conditions, thereby enhancing the computational efficiency. The overall computational efficiency and accuracy of POD is dependent on the number of snapshot dataset; however, there is no reliable guideline of determining $N_s$. In order to resolve this problem, the order of maximum to minimum Eigen value ratio, O(R) from SVD was analyzed and presented for the decision of $N_s$; in case of steady flow, $N_s$ should be determined to make O(R) be $10^9$. For unsteady flow, $N_s$ should be increased to make O(R) be $10^{11\sim12}$. This strategy of selecting the snapshot dataset was applied to two dimensional NACA0012 airfoil and vortex flow problems including steady and unsteady cases and the numerical accuracies according to $N_s$ and O(R) were discussed.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제41권10호
• /
• pp.779-787
• /
• 2013

항공기 추진 시스템의 IR 피탐지성 감소 연구를 위해 항공기 노즐형상 변화에 따른 IR 신호의 영향성을 연구하였다. 이를 위해 가상의 아음속 무인기를 선정하고, 임무분석 및 성능 해석을 통해 엔진을 결정한 후 전체 임무를 만족시키는 원형 노즐을 설계하였다. 또한 다수의 설계변수를 적용하여 다양한 형상의 노즐을 설계하였다. 압축성 CFD 코드를 이용하여 열유동장 및 노즐표면 온도를 분석하였다. 또한 열유동장 해석 결과를 바탕으로 narrow-band 모델과 RadThermIR을 기반으로 하여 항공기 플룸 및 노즐표면 IR 신호를 계산하였다. 계산된 플룸 및 고체 IR신호를 분석, 비교하여 항공기 IR 신호 특성에 관한 정성적 정보를 도출하였다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제38권3호
• /
• pp.189-198
• /
• 2005

본 연구에서는 조력발전소 배수갑문의 형상과 배치에 따른 방류능력을 해석하는데 3차원 수치모의가 효과적으로 이용될 수 있음을 보였다. 3차원 수치모형은 RANS를 지배방정식으로 하는 FLOW-3D 모형을 이용하였다. 본 연구결과 배수갑문의 방류능력은 물받이길이와 도류벽의 접근각도에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 그리고 이의 개선 여부에 따라 $10\%$ 이상의 방류량 차이가 발생하였다. 또한 방류량은 배수문과 수차구조물을 연결하는 구조물의 형상과 물받이 끝 사면경사의 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 배수갑문의 설계시 방류능력 개선을 위해서는 수리학적 검토가 필요하며, 수치모형실험이 수리모형실험과 더불어 유용한 해석도구로 이용될 수 있음을 보였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제35권10호
• /
• pp.1067-1073
• /
• 2011

본 연구에서는 생활폐기물 관로이송 설비에 사용되고 있는 원심송풍기의 성능향상을 위해 임펠러날개 압력면과 부압면 측에 스플리터를 각각 설치하고, 스플리터의 코드길이 변화에 따른 성능특성을 삼차원 나비어-스톡스 방정식을 이용한 수치해석으로 분석하였다. 수치해석을 통한 기초연구를 바탕으로 날개 부압면측에서 발생하는 역류현상을 억제할 수 있는 스플리터의 익간설치를 고려하였으며, 주요설계 변수로는 코드길이를 설정하였다. 이를 통해 날개 부압면 측에 설치한 스플리터의 코드길이가 길어질수록 원심송풍기 압력 및 효율특성이 설계유량 조건 뿐만 아니라 유량증가에 따라 향상됨을 알수 있었다. 설계유량 조건에서 스플리터 부착 원심송풍기에 의해 효율 및 압력은 기존대비 각각 4% 및 18% 향상되었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제27권5호
• /
• pp.547-553
• /
• 2016

This paper presents the effect of a grid system on the performance of a small Savonius wind turbine installed side-by-side. Turbine performance is compared using three different grid systems; tetrahedral grid having a concentrated circular grid around turbine rotors, the tetrahedral grid having a concentrated rectangular grid around turbine rotors and the symmetric grid having a concentrated tetrahedral grid near the turbine rotor blades and a hexahedral grid. The commercial code, SC/Tetra has been used to solve the three-dimensional unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis in the present study. The Savonius turbine rotor has a rotational diameter of 0.226m and an aspect ratio of 1.0. The distance between neighboring rotor tips keeps the same length of the rotor diameter. The variations of pressure and power coefficient are compared with respect to blade rotational angles and rotating frequencies of the turbine blade. Throughout the comparisons of three grid systems, it is noted that the symmetric grid having a concentrated tetrahedral grid near the turbine rotor blades and a hexahedral grid has a stable performance compared to the other ones.