• Wind and Structures
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• 제34권4호
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• pp.321-334
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• 2022

Irregularity in plan shape is very common for any type of building as it enhances better air ventilation for the inhabitants. Systematic opening at the middle of the facades makes the appearance of the building plan as a butterfly one. The primary focus of this study is to forecast the force, moment and torsional coefficient of a butterfly plan shaped tall building. Initially, Computational Fluid Dynamics (CFD) study is done on the building model based on Reynolds averaged Navier Stokes (RANS) k-epsilon turbulence model. Fifty random cases of irregularity and angle of attack (AOA) are selected, and the results from these cases are utilised for developing the surrogate models. Parametric equations are predicted for all these aerodynamic coefficients, and the training of these outcomes are also done for developing Artificial Neural Networks (ANN). After achieving the target acceptance criteria, the observed results are compared with the primary CFD data. Both parametric equations and ANN matched very well with the obtained data. The results are further utilised for discussing the effects of irregularity on the most critical wind condition.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.247-247
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• 2022

제트류는 복잡한 흐름 중 하나로 다양한 크기의 에디가 다양한 운동량을 가지고 있다. 이러한 제트류를 구현하기 위해서는 난류 운동 에너지 등 제트류의 특성을 잘 반영하여야 한다. 제트를 구현하기 위해서는 수리학적 모델, 현장 실험 등 많은 방법이 있으며, 본 연구에서는 상대적으로 공간, 시간적 비용이 적게 드는 수치해석 방법을 사용하여 연구를 진행하였다. 대표적인 수치해석방법에는 DNS(Direct Numerical Simulation), LES(Large Eddy Simulation), RANS(Reynolds Averaged Navier Stokes) 등이 있다. RANS는 시간 평균 흐름 특성만 산출하며 제트의 복잡성을 재현하는 데 한계가 있어, 본 연구는 DNS와 LES 모델을 이용하여 제트류를 구현하는 것에 초점을 맞추었다. DNS는 해당 격자에서 발생하는 모든 에디를 직접 해석 때문에 난류 모델링이 필요하지 않지만, 많은 수의 그리드가 필요하여 수치해석 시 소요시간이 긴 편이다. LES는 대규모 에디는 직접 해석하지만 일정 크기 이하의 소용돌이를 해석하기 위해서 모델이 필요하다. 따라서 서브 그리드 모델에 따라 약간 다른 결과를 보인다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 LES의 기존 서브 그리드 모델을 사용하지 않고 신경망 모델로 학습한 DNS 결과를 활용하는 방법을 제안한다. 우선 DNS와 LES 모델을 사용하여 에너지 스펙트럼을 비교하여 서브 그리드 모델이 시작하는 파수를 찾는다. 이후 특정 파수 아래의 작은 에디를 모사할 적절한 신경망 모델을 결정하여 DNS의 작은 에디를 신경망 알고리즘이 모사할 수 있도록 학습시킨다. 이후 기존 서브 그리드 모델을 사용하지 않고 학습된 신경망 알고리즘을 사용한 LES 모델이 모사한 제트류와 실제 DNS 모델을 사용한 제트류를 비교 및 평가한다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2023년도 추계학술대회
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• pp.100-102
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• 2023

항로추종성능은 자율운항선박(MASS)의 중요한 자율제어기능 중 하나이다. 이는 선박의 안전성을 보장하기 위해 중요하며, 자율운항선박의 설계 단계에서 사전 평가가 필수적이다. 본 연구는 자율운항선박의 항로추종성능 평가를 위한 전산유체역학(CFD) 모델과 LOS 알고리즘 연계 방안을 제안한다. 먼저, 자율운항선박의 정수 중 거리 이탈 편차를 이용한 항로 추종 성능 평가 모델 개발에 관하여 기술했다. 먼저, 항로 추종을 수행하는 선박 주변의 난류 흐름은 비압축성 뉴턴 유체의 가정하에 비정상 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 법을 이용하여 수치적으로 계산되었다. 중첩격자계법을 CFD 모델에 적용함으로써 거리 이탈 편차를 이용하는 LOS(Line-of-Sight) 가이던스 알고리즘에 의한 타의 회전 및 이에 따른 선체의 6 자유도 움직임을 CFD 환경에서 구현하였다. 개발된 자유 항주 선박 CFD 모델을 이용하여 항로 추종 시뮬레이션 평가 결과, 설정된 항로에서 선박의 정수 중 항로 추종 제어는 파도, 조류, 및 바람과 같은 외부 교란의 부재로 LOS 알고리즘에 의한 우현/좌현 측 변침뿐만 아니라 직진 경로의 추종도 성공적으로 수행됨을 확인하였다. 선체, 프로펠러, 타의 복잡한 상호작용을 정도 높게 해석할 수 있는 자유 항주 선박 CFD 모델과 LOS 알고리즘의 결합은 자율운항선박의 항로 추종 성능 평가를 정량적으로 평가하는 데 기여할 것으로 기대된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권7호
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• pp.445-454
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• 2022

항공기가 빙점 이하의 습도가 높은 구름대를 지날 때 액적이 항공기와 충돌하면 날개, 동체 등 항공기 구성품에 결빙이 발생한다. 특히 항공기의 날개에 결빙이 증식되면 공력 성능의 저하와 비행 안정성의 감소 등의 치명적인 안전 문제를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 항공기 날개에 적용되는 고양력 장치인 다중 익형의 결빙 증식량이 최소가 되도록 형상 최적설계를 수행하였다. 3차원 Reynolds-Averaged Navier-Stokes 지배 방정식을 이용하여 공력해석을 수행하였고, 다물리 전산해석을 통해 결빙의 형상 및 증식량을 예측하였다. 최적설계의 목적함수는 결빙 증식량 최소화로 설정하였고, 설계변수는 Slat과 Flap의 전개 각도와 위치를 정의하는 형상 변수 6개를 선정하였다. 설계 과정에서 목적함수의 평가는 크리깅 근사모델을 사용하여 대체하였고 유전자 알고리즘을 적용하여 최적 형상을 도출하였다. 최적화를 수행한 결과, Slat과 Flap에 최적의 전개 각도와 위치를 적용하였을 때 결빙 증식량이 약 8% 감소하였다.

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

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

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제12권1호
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• pp.9-14
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• 2009

2차원 비정상의 RANS 방정식을 이용하여 피치가 고정된 3개 혹은 4개의 날개(hydrofoil)를 가지는 조류발전용 수직축 터빈주위의 비정상 유동장 해석을 수행하였다. 상용수치해석코드인 Fluent를 이용하여, 균일류에 놓인 $NACA65_3$-018날개에 대하여 받음각(angle of attack)의 변화를 주며 계산되는 유체력을 실험값과 비교하였고, 이를 바탕으로 대표적인 수직축 조류발전 터빈의 특성을 2차원적으로 고찰하였다. 사용된 수치해법은 대상 유동을 효과적으로 모사할 수 있음을 확인 하였고, 터빈의 최적 효율은 날개수 및 유속 대비 회전수 등의 적절한 조합으로 실현 될 수 있음을 파악하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권11호
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• pp.999-1007
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• 2013

본 연구에서는 다양한 형상의 파이프에 대한 압력강하와 열전달 특성을 수치적으로 해석하였다. 원형 파이프에서부터 타원형, 톱니형, 비틀어진 형태와 같은 다양한 형상의 파이프를 3차원으로 수치해석을 통해 비교하였다. 수치해석은 층류에서 난류영역까지 계산을 수행하였다. 파이프 유동해석은 완전발달된 영역에서 정상상태, 비압축성 RANS수식을 이용하여 계산하였다. 유동의 손실은 friction factor를 통해 비교하였고, 열전달 성능은 각 파이프 표면에서의 Colburn factor를 통해 비교하였다. 종합적인 열유동 성능평가는 Volume and Area goodness factor를 통해 평가하였다. 열전달 성능을 향상시키고 유동의 손실은 최소화하는 최적의 형상을 연구하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제55권6호
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• pp.474-481
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• 2018

This paper is to compare by numerical analysis the flow characteristics and propulsion performance of stern with the shape change of K-duct, a pre-swirl duct developed by Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering (KRISO). First, the characteristics of the propeller and the resistance and self-propulsion before and after the attachment of the K-duct to the ship were verified and the validity of the calculation method was confirmed by comparing this result with the model test results. After that, resistance and self-propulsion calculations were performed by the same numerical method when the K-duct was changed into five different shapes. The efficiency of the other five cases was compared using the delivery horsepower in the model scale and the flow characteristics of the stern were analyzed as the velocity and pressure distributions in the area between the duct end and the propeller plane. For the computation, STAR-CCM +, a general-purpose flow analysis program, was used and the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations were applied. Rigid Body Motion (RBM) method was used for the propeller rotating motion and SST $k-{\omega}$ turbulence model was applied for the turbulence model. As a result, the tangential velocity of the propeller inflow changed according to the position angle change of the stator, and the pressure of the propeller hub and the cap changes. This regulated the propeller hub vortex. It was confirmed that the vortex of the portion where the fixed blade and the duct meet was reduced by blunt change.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권1호
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• pp.9-18
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• 2024

In-vessel retention through external reactor vessel cooling (IVR-ERVC) is a severe accident management (SAM) strategy that has been adopted and used in many nuclear reactors such as AP1000, APR1400, and light water reactor etc. Some reactor accidents have raised concerns about nuclear reactors among residents, leading to a decrease in residents' acceptability and many studies on SAM are being conducted. Experiments on IVR-ERVC are almost impossible due to its specificity, so fluid characteristics are analyzed through BALI experiments with similar condition. In this study, computational fluid dynamics (CFD) via Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) and large eddy simulation (LES) for BALI experiments were performed. Steady-state CFD analysis was performed on three turbulence models, and SST k-ω model was in good agreement with the experimental measurement temperature within the maximum error range of 1.9%. LES CFD analysis was performed based on the RANS analysis results and it was confirmed that the temperature and wall heat flux for depth was consistent within an error range of 1.0% with BALI experiment. The LES CFD analysis results were compared with those of the Lagrangian-based solver. LES matched the temperature distribution better than SOPHIA, but SOPHIA calculated the position of boundary between stratified layer and convective layer more accurately. On the other hand, Lagrangian-based solver predicted several small eddy behaviors of the convective layer and LES predicted large vortex behavior. The vibration characteristics near the cooling part of the BALI experimental device were confirmed through Fast Fourier Transform (FFT) investigation. It was found that the power spectral density for pressure at least 10 times higher near the side cooling than near the top cooling.