• 한국수자원학회논문집
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• 제44권5호
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• pp.363-376
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• 2011

하천 홍수해석 분야에서 가장 널리 이용되고 있는 1차원 동수역학 수치모형의 입력자료는 상하류단 경계조건, 조도계수, 하도단면 등이며, 계산 시간간격 및 거리간격의 선정은 계산결과의 정확성, 안정성, 효율성 확보를 위한 핵심 요소이다. 본 연구에서는 기존 단면간격 선정기법의 이론적 배경을 검토하였고, 매 시간단계별로 도출되는 흐름특성을 반영하여 계산거리간격을 추정하는 가변 계산거리간격 추정 기법을 제안하였다. 제안된 기법을 1차원 부정류 수치모형과 연계하여 Teton 댐 붕괴 및 한강 홍수 사상에 대해 적용함으로써 기존 고정 계산거리간격 추정 기법에 의한 해석결과와 비교하였다. 더 많은 내삽단면이 사용될 경우, 수치 수렴성 실험 결과는 수치해의 정확성과 안정성이 높아짐을 나타내었고, 본 연구에서 제안된 기법은 기존 고정 계산거리간격 추정기법보다 적은 단면개수로 동일한 정도의 정확도를 나타냄으로써 계산 효율성을 크게 향상시켰다. 본 연구에서 개발된 기법의 실무적용을 통해 정확성과 안정성뿐만 아니라 높은 효율성을 갖는 하천 홍수해석이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권8호
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• pp.629-641
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• 2021

본 연구에서는 2차원 수치모형(Nays2DH)을 적용하여 금강에 건설된 세종보를 중심으로 보 개방 후에 홍수량 변화에 의한 하도의 지형변화 과정을 분석하였다. 이를 위해 부등류, 부정류(단일사상), 연속홍수사상을 수문특성을 반영한 흐름조건으로 수치모의를 수행하였다. 부등류 수치모의 조건은 유황에 따른 정상유량으로 상류단 경계조건을 가정하였다. 부정류와 연속홍수사상의 경우에는 실제 홍수사상들로부터 정규 수문곡선 (normalized hydrograph)을 산정 한 후, 시나리오에 따른 첨두유량으로 정규 수문곡선을 재구성하여 상류단 유량으로 가정하였다. 본 연구에서는 지형학적 변화를 정량적으로 평가하기 위해 하상기복지수(BRI)를 산정하여 시간에 따른 하상변동을 분석하였으며, 연구지역의 항공사진과 수치모의 결과를 정성적으로 비교하였다. 부등류 수치모의 결과, 각 유황별 유량이 증가하면 하폭 대 수심의 비는 감소하고, 사주의 이동속도는 증가하였다. 하상기복지수는 초기에는 증가하지만, 시간이 증가함에 따라 변화량이 작아졌다. 또한 유량이 증가하면 하상기 복지수가 증가했다. 부정류 수치모의 결과 사주의 이동속도는 유량의 변화에 따라 감소했다. 또한 첨두홍수에 대한 지형적 반응에서 시간지체(time lag)가 발생했다. 즉, 부정류에서는 하상고의 변화는 수리학적 조건에 대하여 위상지연(Phase lag) 이 나타났다. 연속홍수사상 발생에 의한 부정류 수치모의 결과에서는 각각 첨두홍수 발생에 따른 사주의 이동속도는 홍수발생이 반복됨에도 불구하고 급격하게 감소했다. 또한 부정류 수치모의 결과와 마찬가지로 위상지연이 나타났으며 사주의 이동속도는 지수적으로 감소하는 특성을 보였다. 하상기복지수는 시간경과에 따라 증가하였으나, 첨두홍수가 연속으로 발생하였음에도 불구하고 하상기복지수의 증가율은 완만하였다. 본 연구를 통해 하천의 수문특성을 반영한 지형변화 과정을 수치모의를 수행하여 분석하였으며, 이를 통해 흐름특성에 따른 하상변동의 정량적인 예측모의를 현장에 적용할 수 있는 방법을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.997-1005
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• 2013

낙동강의 횡단면은 복단면 형태를 띄고 있으므로, 여름철 집중호우에 의해서 하천유량이 증가하면 둔치 상부까지 하천수위가 상승하는 특징이 있다. 또한 최근 강우강도 및 홍수 빈도의 증가로 인해 관련 피해가 급증하고 있으며, 이는 홍수터에 설치된 공원과 같은 친수시설들의 침수피해와 직접적으로 연관되므로, 극한강우 시 둔치에서의 수리학적 영향분석이 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 다양한 친수시설들이 조성되어 있는 강정고령보와 달성보 사이를 모의구간으로 선정하여 태풍 산바에 의해 첨두홍수량이 발생한 시점을 전후로 총 42시간에 걸친 수치모의를 실시하였다. 2차원 부정류 모형인 FaSTMECH 모의결과와 수위관측소에서 실측된 실측수위와 비교하여 모형의 적용성을 검토한 결과 $R^2$는 0.990, AME는 0.195, RMSE는 0.252로 높은 상관관계를 보였다. 그리고 검증된 FaSTMECH 모형을 이용하여 태풍 사상 시 홍수터 내에 위치해 있는 캠핑장과 생태공원 등과 같은 친수시설이 침수되는 시간 및 침수심, 침수 유속 및 전단력 등을 분석하였다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제23권6호
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• pp.467-475
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• 2002

가온 프로브를 사용하여 직장을 통한 온열치교법이 비침습적 전립선치료의 한 방법으로 사용되고 있으나 직장벽 내에서의 과도한 온도에 의한 가열은 장점막의 손상을 입힐 뿐만 아니라 전립선 전체를 적절한 온도까지 가열하기가 어렵다고 알려져 있다. 따라서 전립선과 온열치료 시스템 사이에서 일어나는 열전달 메카니즘에 관한 보다 정확한 이해가 요구된다. 본 연구에서는 전립선 표면에 가해진 냉.온 자극이 전립선 내부의 온도 분포에 미치는 영향을 수치해석을 이용하여 검토하였다. 유한체적 프로그램인 "FLUENT"를 사용하여 비정상상태의 열전도방정식을 해석하여 전립선 내의 시간에 따른 온도분포를 고찰하고, 가열 및 냉각시간, 가열 및 냉각온도 등이 전립선 내부의 온도분포와 온열효과가 전달되는 영역을 규명하였다. 온열 치료법(40~45$^{\circ}C$)에 의해 온열효과가 나타나는 전립선의 내부 영역을 가시화하고, 가열/냉각의 반복 자극이 전립선의 온도분포에 미치는 영향을 조사한 결과 통상적인 온열 치료법에 의한 온열효과는 전립선의 낮은 열전도도의 영향에 의해 전립선의 일부 영역에만 도달되는 한계를 보였다. 가열/냉각의 냉.온 자극을 반복하면서 열적 자극효과를 고려한 냉.온 치료시스템을 개발하기 위하여 냉.온 자극 온도와 시간이 전립선 내부에 미치는 열전달 메카니즘을 고찰하여 원하는 자극주기와 전립선 내부 온도자극 정도를 설정하기 위한 유효한 자극패턴을 제시할 수 있는 기초자료를 획득하였다. 또한, 전립선 조직내부를 통과하는 혈액의 유동이 조직의 온도분포 및 열전달에 미치는 영향을 검토한 결과 냉온 자극 강도에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 냉온자극에 의한 전립선치료기의 자극프로브의 형상 설계와 가열에 의한 온열 효과 및 가열/냉각의 반복에 의한 열자극 효과를 동시에 얻을 수 있는 자극시스템을 개발하는 데에 유용하게 사용할 수 있으리라 사료된다.

• Wind and Structures
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• 제34권1호
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• pp.127-136
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• 2022

In this work a multi-fidelity non-intrusive polynomial chaos (MF-NIPC) has been applied to a structural wind engineering problem in architectural design for the first time. In architectural design it is important to design structures that are safe in a range of wind directions and speeds. For this reason, the computational models used to design buildings and bridges must account for the uncertainties associated with the interaction between the structure and wind. In order to use the numerical simulations for the design, the numerical models must be validated by experi-mental data, and uncertainties contained in the experiments should also be taken into account. Uncertainty Quantifi-cation has been increasingly used for CFD simulations to consider such uncertainties. Typically, CFD simulations are computationally expensive, motivating the increased interest in multi-fidelity methods due to their ability to lev-erage limited data sets of high-fidelity data with evaluations of more computationally inexpensive models. Previous-ly, the multi-fidelity framework has been applied to CFD simulations for the purposes of optimization, rather than for the statistical assessment of candidate design. In this paper MF-NIPC method is applied to flow around a rectan-gular 5:1 cylinder, which has been thoroughly investigated for architectural design. The purpose of UQ is validation of numerical simulation results with experimental data, therefore the radius of curvature of the rectangular cylinder corners and the angle of attack are considered to be random variables, which are known to contain uncertainties when wind tunnel tests are carried out. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are solved by a solver that employs the Finite Element Method (FEM) for two turbulence modeling approaches of the incompressible Navier-Stokes equations: Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes (URANS) and the Large Eddy simulation (LES). The results of the uncertainty analysis with CFD are compared to experimental data in terms of time-averaged pressure coefficients and bulk parameters. In addition, the accuracy and efficiency of the multi-fidelity framework is demonstrated through a comparison with the results of the high-fidelity model.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권7호
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• pp.579-589
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• 2009

황강은 1989년 합천 본댐 및 조정지댐의 건설후 하도폭, 하상재료, 식생 및 하천구간내 사주의 형성 등 많은 하천 지형학적 변화가 있었다. 이러한 변화는 댐 건설후 흐름 및 유사이송의 변화에 기인한다. 합천댐은 약 591천 $m^3$/년의 유사를 차단한 것으로 파악되었다. 조정지댐 준공후 연최대피크 방류량은 654.7 $m^3$/s에서 126.3 $m^3$/s로 감소되었다 (댐건설전의 19.3%). 합천조정지댐 하류로부터 낙동강 합류점까지 45 km 구간의 1982, 1993 및 2004년의 항공사진을 분석한 결과 비식생하도폭(non-vegetated active channel width)은 평균 152m 감소되었다 (1982년의 약 47%). 비식생하도의 면적 역시 평균 6.6$km^2$ (1982년의 44%)가 감소하였다. 평균 중앙입경(D50)의 크기는 1983년 및 2003년에 1.07mm에서 5.72 mm로 평균 하상구배는 0.000943에서 0.000847로 각각 변하였다. 하상 세굴깊이는 조정지댐으로 부터 하류 20 km 구간에서 평균 약 2.6 m였다. 1차원 유사모형인 GSTAR-1D를 이용하여 장기하상변동을 예측하였는데 최심하상고는 2013-2015년 사이에 안정된 상태에 도달하는 것으로 나타났다. 합천 조정지댐에 의해 홍수기에 발생되는 흐름파가 하류 하천 지형변화에 미치는 영향을 파악하기 위해 해석적인 방법을 개발하고 유사모의모형으로 예측한 값과 비교 검토한 결과, 일주기파(daily pulse)와 홍수피크(flood peak)는 각각의 평균값이 흐를 때와 비교하여 하천지형변화에 훨씬 큰 영향을 미치는 것으로 나타났는데 이는 각각의 평균일 경우 보다 21%와 15%의 유사이송량의 증가를 보여주었다.

• Current Research on Agriculture and Life Sciences
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• 제33권2호
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• pp.41-47
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• 2015

본 연구는 온실용 피복재 및 보온재의 조합에 대한 시뮬레이션 해석모델을 개발하여 관류열전달계수를 산정하고 측정된 결과와 비교하여 타당성을 평가하기 위해 수행되었으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 유리이중피복의 경우 이중피복 사이의 공기층이 두꺼워짐에 따라 관류열전달계수가 서서히 작아져서 공기층 두께가 25 mm 이상이 되면 관류열전달계수의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있었다. 또한 온도차가 증가함에 따라 관류열전달계수도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 두 플라스틱 피복재 사이에는 대류에 의한 열전달이 활발하게 일어나기 때문에 비정상 유동에 의한 열전달이 발생하고 이로 인해 온도분포도 비선형적으로 변하는 것으로 사료된다. 플라스틱 피복재 및 보온재들의 간격이 50~200 mm범위에서 변화할 때에 피복재의 간격은 관류열전달계수 큰 영향을 미치지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다. 천공복사를 고려한 경우와 고려하지 않은 경우 모두 핫박스의 내외부 온도차가 $30^{\circ}C$인 조건에 대해서는 수치해석결과와 실험결과가 대체로 잘 일치하였다. 따라서 핫박스의 내외부 온도차가 $30^{\circ}C$ 이상인 조건에서 수치해석을 통해 관류열전달계수를 산정한다면 신뢰성 있는 값을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

• Wind and Structures
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• 제20권4호
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• pp.549-564
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• 2015

The three-dimensional unsteady incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes equations and k-${\varepsilon}$ double equations turbulent model were used to investigate the effect on the measurements of anemometers due to a passing high-speed train. Sliding mesh technology in Fluent was utilized to treat the moving boundary problem. The high-speed train considered in this paper was with bogies and inter-carriage gaps. Combined with the results of the wind tunnel test in a published paper, the accuracy of the present numerical method was validated to be used for further study. In addition, the difference of slipstream between three-car and eight-car grouping models was analyzed, and a series of numerical simulations were carried out to study the influences of the anemometer heights, the train speeds, the crosswind speeds and the directions of the induced slipstream on the measurements of the anemometers. The results show that the influence factors of the train-induced slipstream are the passing head car and tail car. Using the three-car grouping model to analyze the train-induced flow is reasonable. The maxima of horizontal slipstream velocity tend to reduce as the height of the anemometer increases. With the train speed increasing, the relationship between $V_{train}$ and $V_{induced\;slipstream}$ can be expressed with linear increment. In the absence of natural wind conditions, from the head car arriving to the tail car leaving, the induced wind direction changes about $330^{\circ}$, while under the crosswind condition the wind direction fluctuates around $-90^{\circ}$. With the crosswind speed increasing, the peaks of $V_X,{\mid}V_{XY}-V_{wind}{\mid}$ of the head car and that of $V_X$ of the tail car tend to enlarge. Thus, when anemometers are installed along high-speed railways, it is important to study the effect on the measurements of anemometers due to the train-induced slipstream.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권9호
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• pp.765-772
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• 2015

칼새 비행의 생체모방 초소형 비행체 적용 가능성을 확인하기 위한 공력측정과 위상동기 PIV 연구가 수행되었다. 2축 회전자유도의 로봇 날개 모델과 불어내기식 풍동을 사용하였다. 비틀림 각은 ${\pm}0$, ${\pm}5$, ${\pm}10$, ${\pm}20$도의 진폭을 갖고, 스트로크각은 90도의 위상차를 갖는 단순조화함수로 변화시켰다. 비틀림 각에 따른 시간에 대한 양력계수 변화는 작은 공력감소와 지연만을 나타내며 주목할 만한 차이를 보이지 않았다. 그러나 항력은 작은 비틀림 각 변화가 큰추력을 생성할 수 있음을 보여주었다. 이러한 것들은 칼새가 비행 중에 작은 비틀림 각을 사용하는 이유를 간접적으로 설명해 준다. PIV연구 결과는 공력지연이 날개주위의 와류구조와 밀접한 관계있다는 것을 보여준다. 이러한 결과는 칼새 모방형 초소형비행체 설계에 있어 비틀림 각은 필수적인 파라미터로서 반드시 고려되어야 함을 의미한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.671-678
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• 1997

전자파를 이용한 하천수 표면 유속계를 하천 유량 측정에 사용하여 실용성과 문제점을 분석하였다. 표면 유속계의 평가는 선박 실험용 선형수조를 이용하여 수행하였다. 그 결고, 수직각을 20$^{\circ}$, 35$^{\circ}$, 45$^{\circ}$로 하였을 때 유속측정 평균값의 오차는 5.5% 이하였다. '95년 8월 26일 8~10시 사이에는, 남한강 여주대교 지점에서 홍수 유속을 측정하였다. 500m 길이의 교량에 대하여 23개 지점에서 측정한 결과, 표면 유속값은 약 2~4m/s였다. 수심평균 유속 환산계수를 0.85로 하고, 유량을 환산한 결과는 약 10,500 ㎥/s였다. 환산유량값은 수위-유량식이나 부정류 계산에 의한 값과 $\pm$2% 이내의 편차를 보였다. 자료 사용 간격을 40m 또는 60m로 변경하여 유량을 환산하여도 별다른 차이가 없었다. 평상시의 유량측정은 '96년 하반기에 대청교 지점에서 수행하였다. 대청댐의 방류량을 기지값으로 하여 수심평균 유속 환산계수를 추정한 결과 0.83~0.87의 범위에 있었다. 계기 자체의 미세오차와 바람의 영향은 계속 연구되어야 하지만, 하천의 홍수 유량측정에 표면유속계를 사용하는 것은 간편하고 실용적인 대안이 될 수 있음을 확인하였다.