• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.299-299
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• 2020

국내외 발생하는 재난 중 70% 이상이 물과 관련된 재해로 분류되며, 집중호우와 태풍으로 인한 하천범람 및 내수침수 등으로 많은 피해를 발생시키고 있다. 특히 최근 발생하는 피해 양상은 과거에 발생하지 않았던 극한 강우로 인해 돌발적으로 발생하는 경우가 빈번하게 발생하고 있어 이에 따라 사전에 예측하여 미리 대비하는 선제적인 홍수 대비 시스템이 요구되고 있다. 선제적인 홍수 대비 시스템의 구축 여부는 정확한 하천 흐름 예측을 필요로 한다. 하지만 하천의 흐름은 댐붕괴, 제방붕괴, 하천 하상의 변동 등 다양한 상황에서 급격한 흐름의 변동이 발생하며, 이는 하천 흐름 예측에 장애물로 작용하여 정확도를 떨어뜨리는 요인이 된다. 특히 국내에는 산악지형과 수공구조물에 의한 불연속 단면이 다수 존재하고 있어 그 예측 결과에 대한 정확성에 대한 요구가 더욱 부각되고 있다. 그렇기 때문에 해당 문제를 해결하기 위한 다양한 기법들이 개발되어 실무에 적용되고 있으나 어떤 기법이 국내 하천특성에 적합한지 파악할 수 없으며, 그 정확성과 안정성에 측면에서 여전히 많은 문제점을 가지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 불연속 흐름이 빈번하게 발생하는 국내 하천 특성에 적합한 수치 기법을 확인하고자 유량보존특성을 만족하는 유한체적기법 중 국내외적으로 다수 사용되었던 기법들을 비교 및 평가하였다. 불연속 흐름의 대표적인 예제로서 'Dam-break problem'과 충격파 해석 및 홍수기와 갈수기에 따른 하천 하상의 마름/젖음에 대한 평가를 할 수 있는 Toro's Riemann problems에 적용하여 비교하였으며 그 결과 값을 정량적인 수치로 나타내었다. 이를 통해 국내 하천 특성에 적합한 수치 기법을 선정하였으며. 향후 국내하천 환경을 만족할 뿐만 아니라 하천 종사자들의 요구에도 부합한 하천흐름해석 모형의 개발 시 많은 기여가 될 것이라 판단된다.

• 대한조선학회논문집
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• 제58권2호
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• pp.90-96
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• 2021

In this study, the method of determining the state of grid points in the adaptable surface particle method based on grid system developed as a free-surface tracing method was improved. The adaptable surface particle method is a method of determining the state of the grid point according to the shape of the free-surface and obtaining the intersection of the given free-surface and grid line where the state of the grid point changes. It is difficult to determine the state of grid points in the event of rapid flow, such as collision or separation of free-surfaces, and this study suggests a method for determining the state of current grid points using the state of surrounding grid points where the state of grid point are known. A grid layer value was assigned sequentially to a grid away from the free-surface, centering on the boundary cell where the free-surface exists, to identify the connection information that the grid was separated from the free-surface, and to determine the state of the grid point sequentially from a grid away from the free-surface to a grid close to the free-surface. To verify the improved method, a numerical analysis was made on the problem of dam break in which a sudden collision of free-surface occurred and the results were compared, and the results were relatively reasonable.

• 한국수자원학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.279-290
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• 1998

충격파의 높이나 속도는 홍수제어조작이나 수로벽과 빠른 유속을 가지는 하천에서 교량의 설계에 중요한 자료가 된다. 따라서 광범위한 조건에서 흐름의 불연속면을 모의할 수 있는 수치모형이 요구된다. 본 연구에서는 천수방정식을 지배방정식으로 한 Godunov 형 유한체적법 모형을 개발하였다. Riemann 해법으로 Roe(1981)의 해법이 사용된다. 이 모형은 본 연구에서 비구조적격자(unstructured grids)를 사용하기 위해 개발된 수정 MUSCL을 도입하였다. 양해법을 쓰는 본 모형은 시간간격을 자동 계산한다. 개발된 모형을 전형적인 이차원 댐 붕괴파 모의, 수리모형 실험에서 행해진 붕괴파 모의, 그리고 수리모형 실험에서 행해진 만곡수로에서의 정상상태 모의 등에 적용하였다. 그 적용결과에 의해 다음과 같이 결론을 내었다. 1)유한체적법은, 충격파 모의를 위한 수치해석 기법인 Godunov 형 방법과 잘 결합될 수 있기 때문에 충격파를 모의하기에 적당한 방법이다. 2)수정 MUSCL과 결합된 유한체적법 모형이 충격파를 잘 포착함으로써 수정 MUSCL의 적용성이 입증되었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제60권3호
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• pp.212-212
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• 2023

• 대한조선학회논문집
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• 제55권1호
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• pp.56-65
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• 2018

Pressure oscillation caused by the compressibility of entrapped air in dam break flow is analyzed using an open source code, which is a two-phase compressible code for non-isothermal immiscible fluids. Since compressible flows are computed based on a pressure-based method, the code can handle the equation of state of barotropic fluid, which is virtually incompressible. The computed time variation of pressure is compared with other experimental and computational results. The present result shows good agreements with other results until the air is entrapped. As the entrapped air bubbles pulsate, pressure oscillations are predicted and the pressure oscillations damp out quickly. Although the compressibility parameter of water has been varied for a wide range, it has no effects on the computed results, because the present equation of state for water is so close to that of incompressible fluid. Grid independency test for computed time variation of pressure shows that all results predict similar period of pressure oscillation and quick damping out of the oscillation, even though the amplitude of pressure oscillation is sensitive to the velocity field at the moment of the entrapping. It is observed that as pressure inside the entrapped air changes quickly, the pressure field in the neighboring water adjusts instantly, because the sound of speed is much higher in water. It is confirmed that the period of pressure oscillation is dominated by the added mass of neighboring water. It is found that the temperature oscillation of the entrapped air is critical to the quick damping out of the oscillations, due to the fact that the time averaged temperature inside the entrapped air is higher than that of surrounding water, which is almost constant.

• 한국수자원학회논문집
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• 제46권2호
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• pp.139-153
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• 2013

고르지 않은 바닥을 지나는 천수 흐름을 해석하기 위해 천수방정식의 흐름률 경사항과 바닥 경사 생성항에 대해 HLLL 기법과 DFB(Divergence Form for Bed slope source term) 기법을 각각 적용하여 유한체적 모형을 구성하였다. 또한, PSC(Partially Submerged Cell)의 고려를 위해 VFR(Volume/Free-surface Relationship)도 이용하였다. MUSCL에서 WSDGM(Weighted Surface-Depth Gradient Method)을 보다 단순하게 고쳐도 원래의 방법과 정확도가 동등함을 1차원 정상 흐름에 대해 확인하였다. 1차원 PSC에 대한 VFR를 통해 흐름률 경사항과 바닥 경사 생성항의 선평형성이 정확하게 충족됨을 입증하였다. 2차원 PSC에서 DFB 기법으로는 지배방정식의 선평형성이 충족되지 않은 문제를 삼각형 격자에 대한 VFR를 이용하여 해소하였다. 삼각형 턱과 둥근 융기를 지나는 2차원 댐 붕괴 흐름에 대한 모의에서 실험실 실험 결과와 잘 부합됨을 확인하였다. 또한, 부분 댐 붕괴 흐름에 대한 모형의 적용에서 경사면은 물론 불규칙 바닥에서도 요철의 잠김이 성공적으로 모의되었다. 따라서 고르지 않은 실제 하천 지형에 대한 이 모형의 적용성이 기대된다.

• 한국해양공학회지
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• 제31권6호
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• pp.388-396
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• 2017

A Lagrangian approach based computational fluid dynamics (CFD) was used to simulate large and/or sharp deformations and fragmentations of interfaces, including free surfaces, through tracing each particle with physical quantities. According to the concept of the particle-based CFD method, it is possible to apply it to both fluid particles and solid particles such as sand, gravel, and rock. However, the presence of more than two different phases in the same domain can make it complicated to calculate the interaction between different phases. In order to solve multiphase problems, particle interaction models for multiphase problems, including surface tension, buoyancy-correction, and interface boundary condition models, were newly adopted into the moving particle semi-implicit (MPS) method. The newly developed MPS method was used to simulate a typical validation problem involving dam breaking. Because the soil and other particles, excluding the water, may have different viscosities, various viscosity coefficients were applied in the simulations for validation. The newly developed and validated MPS method was used to simulate the mobile beds induced by broken dam flows. The effects of the viscosity on soil particles were also investigated.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권11호
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• pp.1061-1066
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• 2014

천이류와 같은 급변류에 의한 하상변동을 예측하기 위한 이차정확도의 유한체적법 모형을 제시하였다. 부정류 조건하에서의 유사이송과 하상변동문제에 적용하기 위하여 유사이송모형을 천수방정식과 연계하였다. 지배방정식은 MUSCL 기반의 유한체적법을 이용하였고, 계산요소간 흐름률은 HLLC approximate Riemann solver를 이용하여 계산하였다. 일차원과 이차원 수로에서의 댐붕괴파에 의한 하상변동문제와 월류로 인한 하류부 댐사면의 침식문제에 적용한 결과, 적정한 매개변수를 이용하는 경우에 전반적으로 정확한 수치모의 결과를 얻을 수 있었다. 또한 전반적인 계산결과는 수치적으로 안정적이고 물리적으로 타당한 결과를 나타내었고, 이로부터 제시된 수치모의 기법이 상류와 사류조건하에서의 하상변동 문제에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제17권2호
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• pp.35-41
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• 2012

This paper presents incompressible Navier-Stokes solution algorithm for 2D Free-surface flow problems on the Cartesian mesh, which was implemented to run on Graphics Processing Units(GPU). The INS solver utilizes the variable arrangement on the Cartesian mesh, Finite Volume discretization along Constrained Interpolation Profile-Conservative Semi-Lagrangian(CIP-CSL). Solution procedure of incompressible Navier-Stokes equations for free-surface flow takes considerable amount of computation time and memory space even in modern multi-core computing architecture based on Central Processing Units(CPUs). By the recent development of computer architecture technology, Graphics Processing Unit(GPU)'s scientific computing performance outperforms that of CPU's. This paper focus on the utilization of GPU's high performance computing capability, and presents an efficient solution algorithm for free surface flow simulation. The performance of the GPU implementations with double precision accuracy is compared to that of the CPU code using an representative free-surface flow problem, namely. dam-break problem.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.624-628
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• 2008

Two-dimensional flow analysis is a way to provide good estimates for complex flow features in flow around islands and obstructions, flow at confluence and flow in braided channel. One of difficult problems to develop a two-dimensional hydraulic model is to analyze dry and wet area in river channel. Dry/wet problem can be encountered in river and coastal engineering problems, such as flood propagation, dam break analysis, tidal processes and so on. The objective of this study is to develop an accurate and robust two-dimensional finite element method with dry/wet technique in complex natural rivers. The dry/wet technique with Deforming Grid Method was developed in this study. The Deforming Grid Method was used to construct new mesh by eliminating of dry nodes and elements. The eliminated nodes and elements were decided by considering of the rising/descending velocity of water surface elevation. Several numerical simulations were carried out to examine the performance of the Deforming Grid Method for the purpose of validation and verification of the model in rectangular and trapezoidal channel with partly dry side. The application results of the model were displayed reasonable flow distribution.