• Wind and Structures
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• 제16권6호
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• pp.629-660
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• 2013

This paper reviews the current state-of-the-art in the numerical evaluation of wind loads on buildings. Important aspects of numerical modeling including (i) turbulence modeling, (ii) inflow boundary conditions, (iii) ground surface roughness, (iv) near wall treatments, and (vi) quantification of wind loads using the techniques of computational fluid dynamics (CFD) are summarized. Relative advantages of Large Eddy Simulation (LES) over Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) and hybrid RANS-LES over LES are discussed based on physical realism and ease of application for wind load evaluation. Overall LES based simulations seem suitable for wind load evaluation. A need for computational wind load validations in comparison with experimental or field data is emphasized. A comparative study among numerical and experimental wind load evaluation on buildings demonstrated generally good agreements on the mean values, but more work is imperative for accurate peak design wind load evaluations. Particularly more research is needed on transient inlet boundaries and near wall modeling related issues.

• Wind and Structures
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• 제8권6호
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• pp.407-426
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• 2005

A hybrid RANS/LES approach, based on the Limited Numerical Scales concept, is applied to the numerical simulation of the flow around a square cylinder. The key feature of this approach is a blending between two eddy-viscosities, one given by the $k-{\varepsilon}$ RANS model and the other by the Smagorinsky LES closure. A mixed finite-element/finite-volume formulation is used for the numerical discretization on unstructured grids. The results obtained with the hybrid approach are compared with those given by RANS and LES simulations for three different grid resolutions; comparisons with experimental data and numerical results in the literature are also provided. It is shown that, if the grid resolution is adequate for LES, the hybrid model recovers the LES accuracy. For coarser grid resolutions, the blending criterion appears to be effective to improve the accuracy of the results with respect to both LES and RANS simulations.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권10호
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• pp.697-706
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• 2019

다상흐름 모델링 기법과 하이브리드 난류 모델링 기법을 결합한 수치모형을 이용하여 사각형 수로에서의 중력류를 수치모의 하였다. 이 연구에서 적용한 다상흐름 해석기법은 밀도가 큰 중력류 유체, 상대적으로 밀도가 작은 주변류 유체 그리고 자유수면 위에서 흐르는 공기를 3개의 상으로 처리하며, 각 상에 대해서 분리된 흐름 지배방정식을 적용한다. 난류흐름은 벽경계 근처에서는 RANS 모드로 모의하고 벽에서 떨어진 영역에서는 LES 모드로 해석하는 하이브리드 RANS/LES 방법의 일종인 IDDES 기법을 이용하여 해석한다. 이 연구에서 적용한 모델링 기법은 중력류의 머리의 전파속도를 실험값과 일치하게 잘 예측하는 것으로 나타났다. 수치해석 결과는 아울러 낮은 레이놀즈수 난류모형을 이용한 RANS 수치모의에서 이용되는 정도의 격자해상도에서도 큰 규모의 Kelvin-Helmholtz 형식의 경계면 와의 발달과 이들 와가 지속적으로 3차원 형식의 붕괴를 거쳐 작은 난류구조로 분해되면서 난류에너지가 소산되는 현상을 성공적으로 예측함을 보여준다. 적용한 수치모의 기법은 공학적으로 접근 가능한 격자해상도에서 돌출-쪼개짐 흐름 불안정을 동반한 중력류 머리부분의 3차원 거동 특성을 잘 재현하며, 이 결과는 보다 높은 격자해상도에서 구해진 LES 결과에 상응하는 것으로 나타났다. 이 연구결과는 하이브리드 난류모델링 기법과 다상흐름 해석기법을 병합한 수치모형이 자연상태에서 복잡한 중력류의 물리적 거동을 예측하는데 공학적으로 유망한 방법임을 보여준다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제10권3호
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• pp.270-281
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• 2018

Application of the LeMoS hybrid (LH) URANS/LES method for the wake parameters prediction is considered. The wake fraction coefficient is calculated for inland ship model M1926 under shallow water conditions and compared to results of PIV measurements. It was shown that due to lack of the resolved turbulence at the interface between LES and RANS zones the artificial grid induced separations can occur. In order to overcome this drawback, a shielding function is introduced into LH model. The new version of the model is compared to the original one, RANS $k-{\omega}$ SST and SST-IDDES models. It is demonstrated that the proposed modification is robust and capable of wake prediction with satisfactory accuracy.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권2호
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• pp.147-157
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• 2022

후향단차 수공구조물의 모서리에서는 흐름분리가 발생하며 이로 인해 형성되는 전단층과 재순환 흐름 영역에서의 흐름은 복잡한 난류가 지배적이다. 물리적으로 안정하면서 성능이 보장되는 구조물 설계를 위해서는 이러한 난류 흐름의 거동을 정확하게 예측하고 분석하는 것이 중요하다. 이 연구에서는 공학적으로 널리 이용되고 있는 대표적인 난류 모형인 k-ω SST 모형과 RNG k-ε 모형을 이용한 3차원 RANS 계산을 통해서 개수로에 설치된 후향단차를 통과하는 난류 흐름을 레이놀즈 수 23,400과 후르드 수 0.22의 조건에서 수치모의하고, 해석 결과를 기존 실험자료와 비교 분석하여 수치해석의 성능을 평가하고자 한다. 두 가지 난류 모형을 이용하여 구한 평균유속 분포를 보면 모두 경계층에서 관측된 실험값을 양호하게 잘 재현하는 것으로 나타났다. 재순환 영역 상부에서 계산된 평균유속을 보면 RNG k-ε 모형이 k-ω SST 모형보다 중앙부에서의 유속을 약 5% 정도 크게 계산하는 것으로 나타났다. 난류 통계량 관점에서 보면 두 난류 모형 모두 단차 모서리 직하류에서 흐름 분리로 인해 발생하는 레이놀즈 전단응력을 현저히 과소산정하는 한편, 재부착점 하류에서는 실험값을 상대적으로 양호하게 재현하는 것으로 나타났다. RNG k-ε 모형은 수로 바닥 부근 경계층에서의 전단응력 분포를 k-ω SST 모형보다는 우수한 정확도로 실험값을 계산하는 반면에 접근수로 경계층에서 그리고 단차 하류부에서는 경계층 상부에서 전단응력을 과대 산정하는 것으로 나타났다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제22권1호
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• pp.8-14
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• 2017

In this paper, separated flow characteristics is studied using the RANS(Reynold-averaged Navier-Stokes) modeling. The analysis is performed for the NASA's hump configuration which is the combination of a flat plate and a hump. This configuration was used in NASA's flow control workshop and it was one of validation cases for RANS and LES simulations. The separation occurs at the 65% of model length where a slot is positioned for the flow control. No flow control case and steady suction case are studied using RANS modeling. The Spalart-Allmaras model and the SST(Shear Stress Transport) model are applied and their accuracy are compared. To correlate CFD analysis with experimental data, the optimal boundary condition was investigated and the effect of a cavity around the slot is studied for the no flow case.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.127-127
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• 2017

침수식생이 식재된 개수로에서 식생밀도에 따라 유동 및 난류의 특성이 변화된다. 이러한 특성은 식생에서의 유사, 영양물질, 용존 산소 등에 영향을 미치며 수중 생물의 서식에 변화를 준다. 따라서 침수식생이 식재된 개수로 흐름을 이해하는 것은 중요하게 여겨지고 있으며 많은 선행연구자들에 의해 실험 및 수치모의를 통해 활발히 연구되고 있다. 하지만 대부분의 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)를 기반으로 한 선행연구에서는 침수식생의 흐름 특성을 반영하지 않은 모형을 이용하여 정확한 모의 결과를 도출하지 못 하였다. 이에 정확한 침수식생 흐름을 수치모의하기 위해서는 침수식생 흐름의 특성을 반영한 지배방정식을 이용해야 한다. 본 연구의 목적은 침수식생 흐름의 특성을 RANS 모형 중의 하나인 SA (Spalart-Allmaras) model에 반영하고, 식생밀도에 따른 유동 및 난류량을 실측치와 비교하는 것이다. RANS 방정식을 이용하여 난류모델링을 하였으며, 난류폐합문제를 해결하기 위해서 modified SA model을 이용하였다. 침수식생에서의 흐름을 해석하기 위해 운동량방정식에 식생항력을 추가하였다. 선행연구자의 식생수로 실험을 바탕으로 모형검증을 하였으며, 식생밀도에 따라 평균유속 및 난류구조를 확인하였다.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제10권6호
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• pp.521-543
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• 2023

Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) models are extensively employed in industrial settings for the purpose of simulating intricate fluid flows. However, these models are subject to certain limitations. Notably, disparities persist in the Reynolds stresses when comparing the RANS model with high-fidelity data obtained from Direct Numerical Simulation (DNS) or experimental measurements. In this work we propose an approach to mitigate these discrepancies while retaining the favorable attributes of the Menter Shear Stress Transport (SST) model, such as its significantly lower computational expense compared to DNS simulations. This strategy entails incorporating an explicit algebraic model and employing a neural network to correct the turbulent characteristic time. The imposition of realizability constraints is investigated through the introduction of penalization terms. The assimilated Reynolds stress model demonstrates good predictive performance in both in-sample and out-of-sample flow configurations. This suggests that the model can effectively capture the turbulent characteristics of the flow and produce physically realistic predictions.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제14권1호
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• pp.66-76
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• 2011

The heat transfer and pressure loss characteristics of a rotating two-pass channel with a guide vane in the turning region have been studied using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) analysis, and the shape of the guide vane has been optimized using surrogate modeling optimization technique. For the optimization, thickness, location and angle of the guide vanes have been selected as design variables. The objective function has been defined as a linear combination of the heat transfer and the friction loss related terms with a weighting factor. Latin hypercube sampling has been applied to determine the design points as design of experiments. A weighted-average surrogate model, PBA has been used as the surrogate model. The guide vane in the turning region does not influence the heat transfer in the first passage upstream of the turning region, but enhances largely the heat transfer in the turning region and the second passage. In an example of the optimization, the objective function has been increased by 13.6%.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제14권5호
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• pp.55-62
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• 2011

Shape optimization of a Printed circuit heat exchanger (PCHE) has been performed by using three-dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (3-D RANS) analysis and surrogate modeling techniques. The objective function is defined as a linear combination of effectiveness of the PCHE term and pressure drop in the cold channels of the PCHE. The cold channel angle and the ellipse aspect ratio of the cold channel are used as design variables for the optimization. Design points are selected through Latin-hypercube sampling. The optimal point is determined through surrogate-based optimization method which uses 3-D RANS analyses at design points. The results of three types of surrogate model are compared each other. The results of the optimizations indicate improved performance in friction loss but low performance in effectiveness than the reference shape.