• 한국유체기계학회 논문집
• /
• 제15권5호
• /
• pp.60-66
• /
• 2012

One of commonly physical phenomena encountered in pump sump systems in which its significant influence to the hydraulic performance of pump system plays an important role in the field of fluid engineering, is the appearance of free surface and submerged vortices. In this paper, a study of the vortices behavior and their formative mechanism of asymmetry is considered in this paper by using numerical approach. The Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and k-omega Shear Stress Transport turbulence model used to describe the properties of turbulent flows, in company with VOF multiphase model, are implemented by Fluent code with multi-block structured grid system. In the numerical simulation, the calculated elevation of air-water interface and vortex core contours are used to classify visually surface vortices as well as submerged vortices. It is shown that the free surface vortex is identified by the concavity of liquid region from the free surface and swirling flow at that own plane. To investigate the distinctive behavior of these vortices corresponding to each given flow rate at the same water level, some numerical testing of them are considered here in such a manner that the flow pattern of surface vortex are obtained similarly to the obtained results from experiment. Furthermore, the influence due to the change of grid refinement and the variation of depth of the concavity are also considered in this paper. From that, these influential factors will be implemented to design a good pump sump with higher performance in the future.

• 대한조선학회논문집
• /
• 제50권6호
• /
• pp.436-449
• /
• 2013

In this paper, a numerical analysis is carried out to study the characteristics of supercavitating flows and the drag of relatively simple two-dimensional and axisymmetric bodies which can be used for supercavity generation device, cavitator, of a high-speed underwater vehicle. In order to investigate the suitability of numerical models, cavity flows around the hemispherical head form and two-dimensional wedge are calculated with combinations of three turbulence models(standard $k-{\epsilon}$, realizable $k-{\epsilon}$, Reynolds stress) and two cavitation models(Schnerr-Sauer, Zwart-Gerber-Belamri). From the results, it is confirmed that the calculated cavity flow is more affected by the turbulence model than the cavitation model. For the calculation of steady state cavity flows, the convergence in case of the realizable $k-{\epsilon}$ model is better than the other turbulence models. The numerical result of the Schnerr-Sauer cavitation model is changed less by turbulence model and more robust than the Zwart-Gerber-Belamri model. Thus the realizable $k-{\epsilon}$ turbulence model and the Schnerr-Sauer cavitation model are applied to calculate supercavitating flows around disks, two dimensional $10^{\circ}$ and $30^{\circ}$ wedges. In case of the disk, the cavitation number dependences of the cavity size and the drag coefficient predicted are similar to either experimental data or Reichardt's semi-empirical equations, but the drag coefficient is overestimated about 3% higher than the Reichardt's equation. In case of the wedges, the cavitation number dependences of the cavity size are similar to experimental data and Newman's linear theory, and the agreement of the cavity length predicted and Newman's linear theory becomes better as decreasing cavitation number. However, the drag coefficients of wedges agree more with experimental data than those of Newman's analytic solution. The cavitation number dependences of the drag coefficients of both the disk and the wedge appear linear and simple formula for estimating the drag of supercavitating disks and wedges are suggested. Consequently, the CFD scheme of this study can be applied for numerical analysis of supercavitating flows of the cavitator and the cavitator design.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제28권7호
• /
• pp.1244-1251
• /
• 2022

지난 10년간 선박의 횡동요 복원력 상실에 의한 해양사고가 지속해서 증가하고 있어, 횡동요 운동을 효과적으로 줄일 수 있는 장치가 필요한 실정이다. 횡동요 감쇄 탱크는 단순한 설치만으로 횡동요 저감을 가져오는 대표적인 수동형 제어장치로 그 장점이 널리 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 U-튜브형 횡동요 감쇄 탱크의 수치해석 기법을 개발하고자 한다. 특히, 해석기법의 검증을 위해 자유수면 높이를 실험을 통해 계측하였다. 수치해석기법은 메쉬 의존성, 난류모델 (k-𝜖, k-𝜔, Reynolds Stress Model), 시간 간격 크기 및 반복횟수 등의 영향을 비교하여 개발하였다. 최종적으로 개발된 해석기법은 Realizable k-𝜖이 난류 모델에 10-2s 수준의 시간 간격 크기와 15회의 반복횟수를 적용하였다. 2가지의 U-튜브형 감쇄 탱크의 조건에서 계측된 자유수면 높이를 이용하여 개발된 해석기법을 검증하였다. 본 연구의 수치해석은 RANS 기반 상용 해석 Solver인 STAR-CCM+ (ver. 17.02)을 이용하였다.

• 한국수산과학회지
• /
• 제34권6호
• /
• pp.643-651
• /
• 2001

축제식 양식장에서 수차에 의한 순환효과를 재현하기 위해 수치모형을 개발하였다. 수치모형의 지배방정식으로는 2차원 수심적분 Reynolds 방정식을 사용하였고, 수차에 의한 가속도는 축력을 수차날개에 의해 밀려가는 유체의 질량으로 나눈 값으로 산정하였다. 수치모형을 적용하여 1대의 수차를 작동하고서 수차로부터 직선방향 loin 간격으로 관측된 유속자료와 비교하였다. 모형의 보정을 위해 유량보정계수와 무차원 와점성계수의 민감도를 실험하였다. 유량보정계수는 본 연구에서 처음 제시된 항으로 실험결과 15와 20에서 모형의 결과가 관측값과 가장 유사하였다. 유량보정 계수는 관측자료가 없거나 관측이 용이하지 않을 경우 효과적으로 사용할 수 있으며, 특히 수치실험에서 수차에 의해 발생하는 복잡한 수리특성을 비교적 단순하게 처리할 수 있다는 장점이 있다. Reynolds 응력을 Boussinesq 근사로 표현하는 녈 연구에 서 무차원 와점성계수는 6이 가장 적당한 것으로 계산되었다. 바람에 의한 전단효과를 파악하기 위해 유향 $0^{\circ}C,\;90^{\circ}C,\;180^{\circ}C$ 그리고 풍속 0, 2.5, 5와 7.5m/s 조건의 경우를 비교하였다. 풍향이 수차에 의한 제트류 방향과 평행하거나 정반대일 경우 유속변화는$1\%$ 이하이나, 제트류에 직각으로 향할 경우 제트류 좌우의 와류는 풍향에 따라 위치가 뚜렷이 바뀌며, 유속은 약 $4\%$까지 감소하는 것으로 나타났다. 유속변화 $4\%$는 바람응력 외에 호지의 기하학적 평면구조 혹은 변장비 등에 따른 효과도 포함하는 것으로 생각되었다. 호지에 미치는 바람에 의한 유속변화가 $4\%$ 이하인 것으로 보아, 바람웅력의 영향은 매우 미약한 것으로 나타났다. 그러나 호지의 기하학적 특성과 관련한 와류형성 기구에 대해서 바람이 미치는 효과는 무시할 수 없는 것으로 생각되었다. 모형은 또한 축제식 양식장 2곳에 적용하였다. 양식장 호지 A와B는 각기 변장비 1.05와 0.68, 면적 1.02ha와 0.66ha 그리고 평균수심 1.2m를 갖는다. 각각의 호지에 수차 4대를 작동하고서 관측된 유속과 수치모형을 적용한 계산결과를 회귀 해석하였다. 호지A에서 유향 및 유속의 상관계수는 각기 0.8928, 0.6782이며 호지 B의 경우 각기 0.8539, 0.7071인 것으로 나타났다 따라서 본 연구에서 사용된 모형은 호지의 순환특성을 비교적 잘 재현하였으며, 향후 수차운영과 양식호지의 수질관리에 관한 유용한 도구로 사용될 수 있을 것으로 생각하였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제33권6호
• /
• pp.2267-2275
• /
• 2013

기존의 천수흐름 해석 상용모형에서는 내부 경계조건을 단순히 완전활동조건으로 가정하여 유체의 흐름을 해석함으로써 구조물 주위에서의 유속, 와도, 수위, 전단력의 분포, 항력 및 양력의 시간에 따른 변화 등을 올바르게 해석하지 못하였다. 본 연구에서는 구조물 주위에서의 흐름특성을 정확하게 예측할 수 있는 유한요소모형을 개발하고, 구조물에서의 경계조건을 활동길이를 이용한 부분활동조건으로 묘사하여 내부경계조건에 따른 원형 실린더 후면에서의 층류 흐름특성을 분석하였다. 종횡방향 유속 및 와도의 시간에 따른 변화, 후류길이, 활동길이에 따른 와류열의 변화와 질량보존율을 비교한 결과 완전활동조건을 부여한 경우에는 와류열이 전혀 형성되지 않고 완전한 층류흐름이 발생하였다. 부분활동조건을 입력한 경우 실린더 표면에서의 유속분포가 변화되어 전단력의 크기와 와도의 발생에 영향을 미치므로 무활조건을 부여한 경우에 비해 와류열의 발생 주기가 짧아졌다. 최대 질량보존 오차는 무활조건을 적용한 경우 0.73%로 나타났으며, 무활조건에 비해 부분활동조건을 부여한 경우의 오차율이 최대 0.21% 감소하였다.

• 한국식품저장유통학회지
• /
• 제17권1호
• /
• pp.16-22
• /
• 2010

농산물 저온저장고 내부의 온도분포 균일화를 수치해석적으로 분석하기 위해 3차원 CFD 시뮬레이션을 수행하였다. CFD 시뮬레이션 모델은 속도벡터 및 온도분포 측정치와 비교를 통해 검증하였으며, 온도분포 균일화 향상을 위한 적정 팬용량 및 적재방법을 설정하기 위해 몇 가지 팬풍속 및 저장물과 벽체간의 거리 등에 대해 기류패턴과 온도 분포를 분석하였다. CFD 시뮬레이션의 검증에서 속도벡터 분포는 PIV시스템에 의한 측정치와 비교했을 때 표준 k-$\varepsilon$모델 예측치와 측정치의 상대적 오차는 24.5%로 나타났고, RSM 모델 예측치와 측정치의 상대적 오차는 16.7%로 나타나 RSM 난류모델의 예측 정밀도가 더 높은 것으로 나타났다. 온도분포 검증 결과 실측치와 측정치의 R. M. S. 값은 농산물 무적재 상태에서 $0.33^{\circ}C$, 농산물 적재 상태에서는 $0.28^{\circ}C$로 나타났으며 예측값과 측정값의 온도분포 경향은 잘 일치하는 것으로 나타났다. 검증된 시뮬레이션 모델을 이용하여 $6{\times}10$열 2단 팔레트에 농산물이 적재되고 냉각용 송풍팬이 2개인 저온저장고에 대해 송풍팬의 풍량 및 저장물과 벽체와의 간격 변화의 영향을 분석한 결과, 저장물과 벽체와의 거리는 300 mm 이상, 송풍량은 300 CMM 이상에서 저장고 내의 공기 온도차는 $1^{\circ}C$이내로 유지되며 팔레트 사이에 간격을 둔 경우 온도분포의 균일성이 향상되는 것으로 나타났다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제55권10호
• /
• pp.3874-3897
• /
• 2023

A high-fidelity computational fluid dynamics (CFD) analysis was performed using the Large Eddy Simulation (LES) model for the lower plenum of the High-Temperature Test Facility (HTTF), a ¼ scale test facility of the modular high temperature gas-cooled reactor (MHTGR) managed by Oregon State University. In most next-generation nuclear reactors, thermal stress due to thermal striping is one of the risks to be curiously considered. This is also true for HTGRs, especially since the exhaust helium gas temperature is high. In order to evaluate these risks and performance, organizations in the United States led by the OECD NEA are conducting a thermal hydraulic code benchmark for HTGR, and the test facility used for this benchmark is HTTF. HTTF can perform experiments in both normal and accident situations and provide high-quality experimental data. However, it is difficult to provide sufficient data for benchmarking through experiments, and there is a problem with the reliability of CFD analysis results based on Reynolds-averaged Navier-Stokes to analyze thermal hydraulic behavior without verification. To solve this problem, high-fidelity 3-D CFD analysis was performed using the LES model for HTTF. It was also verified that the LES model can properly simulate this jet mixing phenomenon via a unit cell test that provides experimental information. As a result of CFD analysis, the lower the dependency of the sub-grid scale model, the closer to the actual analysis result. In the case of unit cell test CFD analysis and HTTF CFD analysis, the volume-averaged sub-grid scale model dependency was calculated to be 13.0% and 9.16%, respectively. As a result of HTTF analysis, quantitative data of the fluid inside the HTTF lower plenum was provided in this paper. As a result of qualitative analysis, the temperature was highest at the center of the lower plenum, while the temperature fluctuation was highest near the edge of the lower plenum wall. The power spectral density of temperature was analyzed via fast Fourier transform (FFT) for specific points on the center and side of the lower plenum. FFT results did not reveal specific frequency-dominant temperature fluctuations in the center part. It was confirmed that the temperature power spectral density (PSD) at the top increased from the center to the wake. The vortex was visualized using the well-known scalar Q-criterion, and as a result, the closer to the outlet duct, the greater the influence of the mainstream, so that the inflow jet vortex was dissipated and mixed at the top of the lower plenum. Additionally, FFT analysis was performed on the support structure near the corner of the lower plenum with large temperature fluctuations, and as a result, it was confirmed that the temperature fluctuation of the flow did not have a significant effect near the corner wall. In addition, the vortices generated from the lower plenum to the outlet duct were identified in this paper. It is considered that the quantitative and qualitative results presented in this paper will serve as reference data for the benchmark.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제31권4호
• /
• pp.387-394
• /
• 2020

A parametric study of a 2.5 kW class propeller type micro hydraulic turbine was performed. In order to analyze the internal flow characteristics in the hydraulic turbine, three dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with shear stress transport turbulence model were used and the hexahedral grid system was used to construct computational domain. To secure the reliability of the numerical analysis, the grid dependency test was performed using the grid convergence index method based on the Richardson extrapolation, and the grid dependency was removed when about 1.7 million nodes were used. For the parametric study, the axial distance at shroud span (L) between the inlet guide vane and the runner, and the inlet and outlet blade angles (β₁, β₂) of the runner were selected as the geometric parameters. The inlet and outlet angles of the runner were defined in the 3 spans from the hub to tip, and a total of 7 geometric parameters were investigated. It was confirmed that the outlet angles of the runner had the most sensitive effect on the power and efficiency of the micro hydraulic turbine.

• 해양환경안전학회:학술대회논문집
• /
• 해양환경안전학회 2005년도 추계학술대회지
• /
• pp.159-163
• /
• 2005

채널 내부의 비정상 흐름을 규명하기 위하여 실제 사용 중인 판형 열교환기 모델을 대상으로 가시화 실험과 입자영상유속계(PIV)를 사용한 계측을 수행하였다. 실험은 기복을 가지고 있는 채널의 높이와 내부유동의 부분 평균속도벡터에 따른 7가지 종류의 레이놀즈수를 적용하였고, 순간속도벡터분포와 유동특성을 고찰하였다. 실험에서 삼각형상 그루브 채널은 하부 채널과 채널 흐름에 의해서 받고 있는 전단응력의 그루브 흐름과의 관계에서 복합적인 흐름의 형태로 나타났다. 삼각형상 그루브와 채널 사이의 경계인 전단혼합층은 채널에서 난류강도가 상승하는 주흐름에 영향을 미쳤다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제35권9호
• /
• pp.903-913
• /
• 2011

본 연구에서는 가스터빈 블레이드의 냉각을 위해 사용되는 막냉각 홀을 대상으로 다양한 형상변수들이 막냉각 효율에 미치는 영향을 평가하기 위한 수치적 연구를 수행하였다. 삼차원 압축성 Reynolds-averaged Navier-Stokes 해석을 수행하였으며, 난류모델로는 shear stress transport 모델이 사용되었다. 해석을 통해 홀의 형상, 측면 방향 분사각, 홀의 주기 및 분사율이 막냉각 효율에 미치는 영향이 평가되었다. 해석결과, 원통형홀의 경우 측면 방향 분사각이 존재할 때 월등히 향상된 막냉각 효율을 보여주었으며, 홴형상 홀의 경우 측면 방향 분사각이 $20^{\circ}{\sim}30^{\circ}$일 때 가장 높은 막냉각 효율을 보여주었다. 또한 홀의 주기의 변화에 따른 성능평가 결과 높은 분사율일 때가 낮은 분사율의 경우보다 홀의 주기에 의존하는 경향을 보였다.