• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제20권12호
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• pp.2292-2314
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• 2006

Efficient numerical method is developed for the prediction of aerodynamic noise generation and propagation in low Mach number flows such as aeolian tone noise. The proposed numerical method is based on acoustic/viscous splitting techniques of which acoustic solvers use simplified linearised Euler equations, full linearised Euler equations and nonlinear perturbation equations as acoustic governing equations. All of acoustic equations are forced with immersed surface dipole model which is developed for the efficient computation of aerodynamic noise generation and propagation in low Mach number flows in which dipole source, originating from unsteady pressure fluctuation on a solid surface, is known to be more efficient than quadrupole sources. Multi-scale overset grid technique is also utilized to resolve the complex geometries. Initially, aeolian tone from single cylinder is considered to examine the effects that the immersed surface dipole models combined with the different acoustic governing equations have on the overall accuracy of the method. Then, the current numerical method is applied to the simulation of the aeolian tones from twin cylinders aligned perpendicularly to the mean flow and separated 3 diameters between their centers. In this configuration, symmetric vortices are shed from twin cylinders, which leads to the anti-phase of the lift dipoles and the in-phase of the drag dipoles. Due to these phase differences, the directivity of the fluctuating pressure from the lift dipoles shows the comparable magnitude with that from the drag dipoles at 10 diameters apart from the origin. However, the directivity at 100 diameters shows that the lift-dipole originated noise has larger magnitude than, but still comparable to, that of the drag-dipole one. Comparison of the numerical results with and without mean flow effects on the acoustic wave emphasizes the effects of the sheared background flows around the cylinders on the propagating acoustic waves, which is not generally considered by the classic acoustic analogy methods. Through the comparison of the results using the immersed surface dipole models with those using point sources, it is demonstrated that the current methods can allow for the complex interactions between the acoustic wave and the solid wall and the effects of the mean flow on the acoustic waves.

• 한국해안해양공학회지
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• 제7권3호
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• pp.265-276
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• 1995

본 논문에서는 실시간 해황예보 시스템 개발의 일환으로 수행된 회선적분법을 이용한 신속 표층유속 재현에 대하여 다룬다. 바람응력은 공간적으로 균일하고 대 기압은 무시된다. Data Base 구축을 위하여 4방향의 바람(북서, 북동, 남서, 남동)을 고려하여 각 지점의 회선적분의 가중치를 Galerkin-FEM 모형에 의해 계산하였다. 시간에 따른 바람응력이 주어지면 구성된 Data Base를 이용하여 회선적분법에 의해 신속한 예보가 가능하다. 시간적으로 변하는 임의의 바람응력은 6시간 단위로 정의되는 wind pulse의 연속으로 표현되며 총 12개의 pulse(즉, 72시간전)가 convolution product에 사용된다. 회선적분법의 적용 가능성을 확인하기 위하여 황해 이상화한 해역과 황해와 동지나해에 이르는 실제 해역에서의 수치실험이 수행되었다. 고려한 바람응력은 역풍류 생성 확인을 위하여 시간에 따라 sin 함수적으로 변하는 북풍을 고려하였고, 실험 결과 역풍류 생성의 화인과 회선적분법을 이용한 신속 표층해류 예측 가능성을 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.201-213
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• 2017

물이 포함된 원유는 oil separator 를 거쳐 물이 제거된다. 본 연구의 목적은 공기-물-기름 3상 혼합물에 대한 3차원 oil separator 의 분리성능을 예측하기 위하여 Eulerian 전산유체역학(CFD: computational fluid dynamics) 모델을 개발하는 것이다. 비압축성, 등온, 비정상상태 CFD 모델식은 공기상을 연속상으로, 물과 기름상을 분산상으로 정의하며, 운동량 보존식은 항력(drag force), 양력(lift force), 다공성매체 저항력을 포함한다. 또한, 난류현상으로 standard k-${\varepsilon}$ 모델이 이용된다. 물과 기름 출구압은 oil separator 의 액위를 결정하는 중요한 인자이며, 정상운전상태 액위 25 cm를 맞추기 위하여 측정압은 각각 6.3 kPa, 5.1 kPa으로 결정되었다. 시간에 따른 공기, 물, 기름의 부피분율의 변화를 조사하였고, 정상상태에 도달하였을 때, 물과 기름상의 침강속도를 oil separator의 종축 길이에 따라 분석하였다. 본 연구에서 제시된 CFD 모델로부터 얻은 oil separator의 기름분리성능은 99.85%이며, 실험값과 거의 일치하였다. 비교적 단순한이 CFD 모델은향후 oil separator의구조를 변경하거나, 최적운전조건을 찾기위하여 유용하게사용될수있을 것이다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제21권4호
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• pp.61-70
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• 2016

Dong-tan Station, shared by high-speed railway and urban express railway, is a very complicated underground station having 6 tracks together with barrier and shafts between them, therefore it seems very hard to investigate the aerodynamic effects including the pressure variation and train gust in the station when a high-speed train runs through it. In this study, the aerodynamic effects on the structures and platform passengers when a high-speed train runs through an underground station have been studied using Computational Fluid Dynamics. STAR-CCM+ has been employed for numerical simulation based on Navier-Stokes equation and 2-equation turbulence model and moving mesh scheme supported by STAR-CCM+ has also been used to represent the relative motion between a train and station. Based on the simulation results, the unsteady flow fields in the underground station induced by the high-speed train have been analyzed and the pressures on the PSDs and pressure variation at the platform have quantitatively assessed.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권8호
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• pp.511-517
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• 2016

3차원의 협착 혈관모델을 3D 프린터를 이용하여 제작하였다. 협착부는 관의 중심축에 대하여 대칭인 형태이며, 협착부가 0도인 직관과 10도로 굽어진 관인 두 가지 모델에 대하여 실험을 수행하였다. 협착모델 내부 속도장을 매질에 대한 왜곡 없이 측정하기 위하여 굴절률일치법을 이용하였다. 정량펌프를 사용하여 발생된 맥동유동은 펌프의 회전속도로 세 가지의 속도조건을 조절하였다. 비정상상태의 속도장은 time-resolved PIV 기법을 이용하여 측정되었다. 주기적인 와류의 생성과 이동은 관 내 최대속도 영역과 관련 있으며, 와류의 크기와 위치 및 대칭성은 레이놀즈수와 관의 기하학적 구조에 영향을 받음을 알 수 있었다. 곡선관에서는 협착부 하류에 재순환 영역이 관찰되며, 이는 혈류역학적 관점에서 혈전의 형성과 침착 가능성을 설명해준다.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권6호
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• pp.16-22
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• 2004

지면엔 근접한 사각주 후면에서 발생하는 비정상 와류 배출은 지상 운송체, 교량, 건물 등의 항력 증가뿐 아니라, 동안정성에도 큰 영향을 미친다. 비압축성 평균 Navier-Stokes 방정식에 수정된 ${\varepsilon}-SST$ 난류 모델을 적용하여 사각주 하부와 지면과의 간극 유동을 해석하였다. 사각주 후류에서 와류가 발생하는 경우에는 간극에서의 평균 최대 속도가 억제된 경우에 비하여 높으며, 또한 최대 속도의 위치 또한 사각주 하부에 근접한 것을 확인하였다. 본 연구에서는 사각주 하부에 수평, 수직의 펜스를 설치하는 수동 제어기법을 적용하여 사각 주 후류의 와류 배출용 억제할 수 있다.

• 한국추진공학회지
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• 제19권1호
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• pp.9-17
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• 2015

기본 유동 형상은 상대적으로 얇은 중간층이 연료와 공기 사이에 끼어있는 평행 2단 혼합층으로 구성되어 있다. 본 연구는 중간층의 두께 변화에 따른 연소 향상을 수치해석을 통해 조사하였다. 이 경우에, 난류 혼합층에서 열 방출에 의한 효과가 중요하다. 수치해석을 수행하기 위해 완전 보존적인 비정상 2차 시간 정확도의 하부 반복 기법과 2차 총 변화 억제 기법을 k-${\omega}$ 전단응력이동 모델이 결합된 유한체적법과 함께 사용하였다. 다음과 같이 3개의 경우에 대해 해석을 수행하였다. 연료와 공기로 구성된 단일 혼합층, 연료와 공기 사이에 불활성 기체층이 끼어있는 2단 혼합층, 그리고 연료와 공기 사이에 차가운 연료층이 끼어있는 2단 혼합층. 수치해석은 중간 기체층이 1, 2, 4 mm 인 경우에 대하여 수행되었다. 기체층의 총 두께는 4 cm이다. 불활성기체층이 2, 4 mm인 경우와 저온의 연료층이 4 mm인 경우에 단일 혼합층의 경우보다 연소영역이 확대된다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제11권2호
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• pp.883-898
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• 2019

This paper employs computational tools to predict power increase (or speed loss) and propulsion performances in waves of KVLCC2. Two-phase unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes equations have been solved using finite volume method; and a realizable k-ε model has been applied for the turbulent closure. The free-surface is obtained by solving a VOF equation. Sliding mesh method is applied to simulate the flow around an operating propeller. Towing and self-propulsion computations in calm water are carried out to obtain the towing force, propeller rotating speed, thrust and torque at the self-propulsion point. Towing computations in waves are performed to obtain the added resistance. The regular short head waves of λ/LPP = 0.6 with 4 wave steepness of H/λ = 0.007, 0.017, 0.023 and 0.033 are taken into account. Four methods to predict speed-power relationship in waves are discussed; Taylor expansion, direct powering, load variation, resistance and thrust identity methods. In the load variation method, the revised ITTC-78 method based on the 'thrust identity' is utilized to predict propulsive performances in full scale. The propulsion performances in waves including propeller rotating speed, thrust, torque, thrust deduction and wake fraction, propeller advance coefficient, hull, propeller open water, relative rotative and propulsive efficiencies, and delivered power are investigated.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제17권1호
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• pp.35-40
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• 2014

A multi-objective optimization of a regenerative fan for enhancing the aerodynamic and aeroacoustic performance was carried out using an integrated fan design system, namely, Total FAN-Regen$^{(R)}$. The Total FAN-Regen$^{(R)}$ was developed for non-specialists to carry out a series of design process, viz., computational preliminary design, three-dimensional aerodynamic and aeroacoustic analyses, and design optimization, for a regenerative fan. An aerodynamic analysis of the regenerative fan was conducted by solving three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations using the shear stress transport turbulence model. And, an aeroacoustic analysis of the regenerative fan was implemented in a finite/infinite element method by solving the variational formulation of Lighthill's analogy based on the results of the unsteady flow analysis. An optimum shape obtained by Total FAN-Regen$^{(R)}$ shows the enhanced efficiency and decreased sound pressure level as much as 1.5 % and 20.0 dB, respectively, compared to those of the reference design. The performance test was carried out for an optimized regenerative fan to validate the performance of the numerically predicted optimal design.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.310-310
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• 2017

홍수추적 모형의 적절성을 결정하는 중요한 요소 중 하나는 모형의 매개변수이다. 특히 자연하천에 관한 부정류 계산모형의 매개변수인 조도계수는 하상재료의 특성에 따라 좌우되는 표피마찰뿐만 아니라 하상의 굴곡 등 단면형의 변화에 따른 형상손실 및 하천의 사행에 따른 손실 효과 등을 포괄적으로 내포하고 있기 때문에 모든 하천구간에 대하여 일반적으로 적용할 수 있는 조도계수의 값을 하나로 결정하기는 어렵다. 또한 조도계수는 흐름조건, 즉 유량 또는 수위의 변화에 따른 가변성을 갖고 있기 때문에, 흐름이 시간 및 공간적으로 변화하는 부정류 계산모형에 있어서는 더욱 그러하다. 그러므로 본 연구에서는 조도계수의 가변성과 다수 지점의 관측치를 고려한 모형보정의 결과로부터 얻은 파레토 최적화와 최소최대 후회도 방법(Minimax regret approach, MRA)을 결합하여 부정류 계산모형의 안정적인 매개변수를 선정할 수 있는 방법을 제안하였다. 여러 지점의 관측치를 고려한 모형의 보정은 다목적 최적화 문제로서, 여러 지점에 대한 가중치를 결합하여 얻은 하나의 목적함수에 대하여 여러 번의 개별 최적화를 수행함으로써 다수의 파레토 최적해들을 구할 수 있는 통합접근법을 적용하였다. 이때 유량에 따른 조도계수의 가변성을 나타내는 두 개의 매개변수로 구성된 관계식을 이용하여 두 구간에 대한 매개변수들을 모형의 추정 대상 매개변수로서 최적화하였다. 이 후 각기 다른 홍수사상에 대해 보정과 검증을 수행하였으며 각각에 대한 평가지표의 후회도를 정량화하였고 최종 안정적인 매개변수를 추정하기 위해 MRA를 이용하여 종합적인 순위를 도출하였다. MRA는 완전히 불확실한 의사결정 상황에서 유용한 방법으로 알려져 있는데 가장 나쁜 순위가 가장 좋은 것을 선택할 수 있게 하는 보수적인 의사결정기법이다. 계산결과 추정된 모형의 가변조도계수와 그로부터 얻은 두 개 지점에서의 평가지표인 RMSE는 두 지점에 대한 가중치의 조합에 따라 선택되는 매개변수 값에 따라 달라짐을 알 수 있었다. 본 연구에서 제시한 방법은 수문 및 수리모형의 다수의 관측지점의 자료를 이용한 매개변수 산정문제에 있어서 안정적인 해를 도출할 수 있다.