• 풍력에너지저널
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• 제5권1호
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• pp.22-32
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• 2014

The structural design of a wind turbine must show the verification of the structural integrity of all load-carrying components. Also, design load calculations shall be performed using appropriate and accurate methods. In this study, advanced numerical approach for the calculation of design loads based on unsteady computational fluid dynamics (CFD) is presented considering extreme design load conditions such as the extreme coherent gust (ECG) and the 50 year extreme operating gust (EOG). Unsteady aerodynamic loads are calculated based on Reynolds average Navier-Stokes (RANS) equations with shear-stress transport k-ω(SST k-ω) turbulent model. A full three-dimensional 5 MW offshore wind-turbine model with rotating blades, hub, nacelle, and tower configuration is practically considered and its aerodynamic interference effect among blades, nacelle, and tower is also accurately considered herein. Calculated blade loads based on unsteady CFD method with respect to blade azimuth angle are compared with those by NREL FAST code and physically investigated in detail.

• 한국음향학회지
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• 제36권6호
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• pp.371-377
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• 2017

에어컨의 성능은 분리형 실외기의 냉각 성능과 밀접한 관련이 있으며, 그에 따라 대다수의 관련 선행 연구에서는 실외기 내부 축류팬의 단독 성능에 대한 연구를 진행하였다. 하지만 축류팬을 제외한 실외기 내부 여러 구성요소의 영향에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 여러 요소 중 팬 오리피스가 실외기 유동 성능에 미치는 영향을 수치적으로 분석하였다. 고정밀 유동장 해석을 위해 약 1800만 개의 격자로 구성된 가상 팬 테스터를 개발하고, V-LES의 일종인 비정상 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes) 방정식을 CFD(Computational Fluid Dynamics) 기법에 기초하여 해석하였다. 수치 해석의 유효성을 확인하기 위해서 실험을 통해 측정한 실외기 시스템의 P-Q 곡선을 가상 팬 테스터를 사용한 수치 해석 결과와 비교하였다. 유효성을 검증한 수치 기법을 이용하여 실외기 유량 성능을 최대화할 수 있는 오리피스 형상 최적 설계를 수행하였다.

• 한국음향학회지
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• 제39권6호
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• pp.524-532
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• 2020

본 논문에서는 무선진공청소기용 팬 모터 단품으로부터 방사되는 공력소음을 저감하기 위하여 팬 모터 단품 내부의 기존 임펠라에 스플리터 날개를 설계하였다. 우선, 팬 모터 단품, 특히 임펠라의 유동장을 분석하기 위하여 전산유체역학 기법을 사용하여 비정상, 비압축성 Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 수치적으로 해석하였다. 예측한 유동장 결과를 입력값으로 Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H) 적분 방정식을 풀어 임펠라로부터 방사되는 소음을 수치적으로 예측하였다. 예측한 음압스펙트럼과 측정값의 비교를 통하여 수치해석방법의 유효성을 검증하였다. 예측한 유동장 결과에 대한 추가 분석을 통하여 임펠라 날개 사이에서 강한 와류가 형성되는 것을 확인하였다. 와류는 유동에는 손실로 소음에는 소음원으로 작용하기 때문에 기존 임펠라에 스플리터 형상을 추가 설계하여 와류를 억제하고자 하였다. 스플리터의 길이와 위치를 설계 인자로 선정하였으며, 다구찌 기법을 사용하여 각각의 설계 인자가 공력소음에 미치는 영향도를 살펴보았다. 이 결과로부터 최소소음을 나타내는 스플리터의 최적 위치와 길이를 결정하였다. 최종 선정된 설계안에 대한 추가 해석을 통하여 소음성능이 개선됨을 확인 하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제14권2호
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• pp.114-120
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• 2011

조류발전용 다리우스 터빈의 변형된 형태인 헬리컬 터빈의 설계 인자 변화에 따른 성능을 수치해석으로 살펴보았다. 헬리컬 터빈은 수직축 다리우스 터빈을 회전축을 중심으로 상부와 하부를 비틀리게 함으로써 다리우스 터빈의 일반적인 취약점인 초기구동불량과 진동문제를 개선하기 위해 고안된 형태이다. 본 논문에서는 헬리컬 터빈의 비틀림각(Twisting Angle)과 직경대비 높이를 변화시키며 수치해석을 수행하였고, 결과를 바탕으로 최적의 구조를 제안하였다. 3차원 비정상 난류유동해석을 위하여 FLUENT의 RANS방정식과 k-${\omega}$ SST 난류모델을, 격자계 모델링을 위하여 GAMBIT을 이용하였다. 헬리컬 터빈은 적절한 비틀림각에서 양호한 발전효율을 보장하면서 진동을 유발하는 회전력 변화의 진폭을 최소화 할 수 있음을 확인하였고, 효율의 최대가 확보되는 터빈의 최소 높이를 발견하였다.

• 한국음향학회지
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• 제39권5호
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• pp.379-389
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• 2020

본 논문에서는 무선진공청소기용 팬 모터 단품의 유량 및 소음성능을 향상시키기 위하여 무선청소기 유로를 통하여 공기를 흡입하는 임펠라에 대한 최적설계를 수행하였다. 우선, 팬 모터 단품, 특히 임펠라의 유동장을 분석하기 위하여 비정상, 비압축성 Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)에 기초하여 해석하였다. 예측한 유동장 정보를 입력값으로 Ffowcs-Williams and Hawkings(FW-H) 방정식을 사용하여 임펠라로부터 방사되는 소음을 수치적으로 예측하였다. 유량과 소음에 대한 수치해석 결과를 실험을 통해 측정한 팬 모터 단품의 P-Q 곡선과 음압 스펙트럼과 비교하여 사용한 수치방법의 유효성을 확인하였다. 수치해석결과로부터 임펠라 날개의 코드방향 중간부분의 급격한 곡률 변화로 인하여 강한 와류가 형성되는 것을 확인하였다. 와류는 유동에는 손실로 소음에는 소음원으로 작용하기 때문에 기존의 임펠라를 재설계하여 와류를 개선하고자 하였다. 2인자 반응표면방법을 사용하여 최대유량과 최소소음을 나타내는 입·출구 뒷젖힘각(sweep angle)을 결정하였다. 최종 선정된 설계안에 대한 추가 해석을 통하여 유량성능과 소음성능이 개선됨을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제42권6호
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• pp.519-528
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• 2023

본 논문에서는 식기 세척기 내 원심펌프를 대상으로 수치적/실험적 연구를 통해 최적 설계를 수행하였으며 유량 및 소음 성능을 개선하고자 하였다. 먼저 대상 원심펌프의 특성을 실험적으로 분석하기 위해 펌프 성능시험기를 통한 유량 실험과 반 무향실에서의 소음 실험을 진행하였다. 원심펌프 회전에 따른 내부 유동 및 유동 소음 성능을 수치적으로 모사하기 위해 전산유체역학 기반의 Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식과 Ffowcs Williams and Hawkings 방정식을 지배 방정식으로 수치해석을 수행하였다. 실험 결과와의 비교를 통해 수치 기법의 유효성을 검증하였으며, 검증된 수치 기법을 활용하여 원심펌프 내 임펠러 형상에 대한 최적 설계를 수행하였다. 수치 기법의 활용을 통해 최적 설계된 임펠러의 개선된 유량 성능을 수치적으로 확인하였으며, 유동장 분석을 통해 임펠러 형상 각도 변화에 따른 유동 특성 변화 및 개선을 확인하였다. 또한, 시제품 제작 및 실험을 통해 개선 유량 성능을 검증하였으며, 팬 법칙에 의거하여 동일 유량에서 소음 수준이 감소함을 확인하였다.

• Wind and Structures
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• 제13권1호
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• pp.57-82
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• 2010

The 486m-long roof of Shenzhen Citizens Centre is one of the world's longest spatial lattice roof structures. A comprehensive numerical study of wind effects on the long-span structure is presented in this paper. The discretizing and synthesizing of random flow generation technique (DSRFG) recently proposed by two of the authors (Huang and Li 2008) was adopted to produce a spatially correlated turbulent inflow field for the simulation study. The distributions and characteristics of wind loads on the roof were numerically evaluated by Computational Fluid Dynamics (CFD) methods, in which Large Eddy Simulation (LES) and Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations (RANS) Model were employed. The main objective of this study is to explore a useful approach for estimations of wind effects on complex curved roof by CFD techniques. In parallel with the numerical investigation, simultaneous pressure measurements on the entire roof were made in a boundary layer wind tunnel to determine mean, fluctuating and peak pressure coefficient distributions, and spectra, spatial correlation coefficients and probability characteristics of pressure fluctuations. Numerical results were then compared with these experimentally determined data for validating the numerical methods. The comparative study demonstrated that the LES integrated with the DSRFG technique could provide satisfactory prediction of wind effects on the long-span roof with complex shape, especially on separation zones along leading eaves where the worst negative wind-induced pressures commonly occur. The recommended LES and inflow turbulence generation technique as well as associated numerical treatments are useful for structural engineers to assess wind effects on a long-span roof at its design stage.

• Geomechanics and Engineering
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• 제10권4호
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• pp.387-403
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• 2016

In this paper, an integrated model for the wave (current)-induced seabed response is presented. The present model consists of two parts: hydrodynamic model for wave-current interactions and poro-elastic seabed model for pore accumulations. In the wave-current model, based on the fifth-order wave theory, ocean waves were generated by adding a source function into the mass conservation equation. Then, currents were simulated through imposing a steady inlet velocity on one domain and pressure outlet on the other side. In addition, both of the Reynolds-Averaged Navier-Stokers (RANS) Equations and $k-{\varepsilon}$ turbulence model would be applied in the fluid field. Once the wave pressures on the seabed calculated through the wave-current interaction model, it would be applied to be boundary conditions on the seabed model. In the seabed model, the poro-elastic theory would be imposed to simulate the seabed soil response. After comparing with the experimental data, the effect of currents on the seabed response would be examined by emphasize on the residual mechanisms of the pore pressure inside the soil. The build-up of the pore water pressure and the resulted liquefaction phenomenon will be fully investigated. A parametric study will also be conducted to examine the effects of waves and currents as well as soil properties on the pore pressure accumulation.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권6호
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• pp.373-380
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• 2017

본 연구에서는 레이놀즈 평균 나비어-스톡스(Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS) 방정식을 적용하여 스러스터(thruster) 상호작용에 대한 점성 유동 CFD 해석을 수행하였다. 수치해석은 상용 프로그램인 STAR-CCM+를 이용하였으며, 프로펠러와 No.19a 덕트로 스러스터 모델을 구성하였다. 프로펠러의 회전에 의한 동적인 움직임의 해석을 위해 슬라이딩 격자(sliding mesh)기법을 사용하였으며, 격자구성은 다중영역으로 구분하여 육면체 격자(hexahedral element)로 구성하였고, 계산 시간의 경제성을 고려하여 비등각(non-conformal) 격자를 이용하였다. 스러스터 배치를 그대로 유지한 상태에서 상류방향 스러스터의 방위각(azimuth angle)과 축 기울기에 따라 스러스터 상호작용이 크게 변화하였다. 이러한 결과를 통해 축 기울기와 방위각이 추진성능에 중요한 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• Wind and Structures
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• 제23권6호
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• pp.505-521
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• 2016

The objective of this study is to investigate numerically the effect of building roof shaps on wind flow and pollutant dispersion in a street canyon with one row of trees of pore volume, $P_{vol}=96%$. A three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model is used to evaluate air flow and pollutant dispersion within an urban street canyon using Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations and the Explicit Algebraic Reynolds Stress Models (EARSM) based on k-${\varepsilon}$ turbulence model to close the equation system. The numerical model is performed with ANSYS-CFX code. Vehicle emissions were simulated as double line sources along the street. The numerical model was validated by the wind tunnel experiment results. Having established this, the wind flow and pollutant dispersion in urban street canyons (with six roof shapes buildings) are simulated. The numerical simulation results agree reasonably with the wind tunnel data. The results obtained in this work, indicate that the flow in 3D domain is more complicated; this complexity is increased with the presence of trees and variability of the roof shapes. The results also indicated that the largest pollutant concentration level for two walls (leeward and windward wall) is observed with the upwind wedge-shaped roof. But the smallest pollutant concentration level is observed with the dome roof-shaped.