세장 구조물은 동하중에 매우 취약한 구조시스템으로써 와흘림에 의한 와류유발진동(Vortex-Induced Vibration, VIV)이 발생 할 가능성이 크다. 또한 와류유발진동이 구조물의 고유진동수 영역에서 발생하는 경우 공진이 지속되는 Lock-in 현상으로 피로 파괴 의 우려가 있다. 본 논문에서는 공진주파수가 유동 조건의 변화에도 불구하고 유지되는 현상의 원인을 분석하기 위해서 유체로 인한 구조물의 동적 거동에 대하여 해석을 수행하였다. 유동의 방향과 수직 방향으로 자유 거동하는 1 자유도의 구조시스템의 2차원 원형 실린더 단면을 대상으로 비정상 층류영역을 가정하였다. 물체의 움직임을 고려하여 매시간 유동장의 격자를 재생성하는 Remeshing 기 법을 사용하였고 물체의 운동방정식과 유동의 지배방정식을 순차적으로 수치계산하는 유체-구조 연성 해석을 수행하였다. 본 연구에 서 구현한 Lock-in 현상은 선행연구와 잘 일치하였고, Lock-in 현상에서 운동진폭이 증가하는 특성이 잘 모사되었다. 또한 단면에서 전 단응력의 변화로 인한 박리현상과 공진주파수가 지속되는 현상의 관계를 분석하였다.

관내에서 이동하는 물체 주위의 유동에 대한 연구는 대부분 비정상상태가 아닌 정상상태의 종단속도 조건 하에 이루어져있 으므로 이에 대한 유체역학적 분석이 요구되고 있다. 이에 본 연구에서는 다양한 직경의 원통형 관 안에서 9.81m/s2으로 비정상 등가 속 운동을 하는 3D 구에 작용하는 힘을 전산유체역학을 이용하여 분석하였다. 유한 체적 기반 CFD 코드 인 Fluent 19.0을 사용하였으 며, 상대 운동 프레임과 난류 모사를 위한 SST k-ω 모델을 적용하였다. 선행연구 결과와의 비교를 통해 본 연구의 해석방법이 타당함 을 보이고 있다. 또한 후류 분석을 통하여 항력 변화를 설명하고, 벽면효과에 의한 항력 증가를 정량적으로 분석하였다.

한국의 경제 발전에 따라 양돈 사업의 규모가 커지고 대단지화 되면서, 생산성 향상과 높은 품질을 충족시키기 위해 축사시설의 체계적인 관리가 요구되고 있다. 그러나 효율성을 위해 밀집된 구조에서는 종종 여름철에 공기의 질이 나빠지고 온도가 높아지는 등의 문제를 일으킬 수 있다. 돼지는 저산소 및 고온에 매우 취약하기 때문에 생산성을 높이기 위한 환기 유지는 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 전산유체역학(CFD, computational fluid dynamics)을 이용하여 환기 시스템의 문제점 및 개선 사항을 분석하는 방법을 제안하였다. 유한체적법(FVM, finite volume method) 기반의 fluent 프로그램이 사용되었고 난류 모델로 RNG standard k-ε 모델을 사용하였다. 환기 시스템의 효율적인 설계를 위해 실제 단층의 단순 구조 양돈사와 다층의 대형 양돈사를 대상으로 다종물질이송(multispecies transport) 해석기법을 이용하여 환기 효율 및 성능을 분석하였으며, 개선된 시스템의 유동순환이 원활하게 이루어짐을 확인하였다.

2010년 에야피얏라흐요쿳(Eyjafjallajökull) 화산 분화에 의한 화산재의 확산은 유럽 전역의 항공기 운항을 중단시켰으며 전 지구적인 사회 및 경제적 관심을 불러일으켰다. 또한 국내에서도 한반도에 영향을 미칠 수 있는 주변 화산 분화 활동과 백두산 분화 전조현상에 대한 연구 활동이 꾸준히 진행되고 있다. 화산재 확산 예측은 기상데이터를 이용한 확산 수치 모형이 일반적으로 이용되는데, 기상데이터와 수치 모형의 불확실성을 줄이기 위한 방법으로 앙상블 분석이 주로 활용되고 있다. 본 연구에서는 오일러 방법 기반의 수치 모형에 의한 화산재 확산 해석을 유사한 기상장을 갖는 날짜에 대하여 수행했으며, 앙상블 분석을 통한 불확실성 감소 방법을 제시하였다. 특히 대부분의 앙상블 방법은 현장 관측데이터를 주요 데이터로 간주하는데 반하여, 화산재의 현장 측정은 얻기가 매우 어려운 상황이다. 그러므로 신뢰도 앙상블 평균(REA; Reliability Ensemble Averaging) 방법의 과거기간 시나리오의 모의 변수에 대 한 오차항을 배제하고 시나리오간 모의 변수의 평균 차이항만을 고려하여 화산재 확산 해석 결과만을 이용해 앙상블을 수행했으며 단순 모형 평균(SMA; Simple Model Averaging) 방법과 비교하여 불확실성이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

최근 백두산 화산분화의 전조현상 증가로 인해 백두산 분화의 가능성이 지속적으로 제기되고 있으며 주변국인 일본의 화산 활동 또한 활발한 추세이다. 일본 화산 및 백두산으로부터 500km 이상의 거리에 위치한 우리나라의 경우 화산 분화로부터 근접 재해의 직접적인 위험은 없으나 화산재 확산에 의한 영향을 받을 가능성이 있어 이에 대한 대책 및 대응 방안 마련이 요구되고 있는 실정 이며 이에 대한 대응 방안 중 하나로, 화산재 확산 모델을 이용하여 화산재 입자의 공간분포 예측 및 대기 중 화산재 농도와 지표면의 화산재 퇴적 두께를 예측하는 방법이 있다. 본 연구에서는 화산재 확산 예측 모형에 의해 도출된 대기 중의 화산재 농도와 낙하 화산재 퇴적 두께를 이용하여 한반도 근역에 대하여 화산재 공간 확산 확률 및 낙하 확률 분석 기법을 제시하고 우리나라 17개 광역지자체에 대한 분석을 수행하였다.

본 연구에서는 볼텍스 세퍼레이터 내부의 밀폐된 영역 내에서 발생하는 회전에 의한 입자상 물질과 유체의 분리 특성 파악을 위하여 전산유체역학을 이용한 수치해석을 수행하였다. 볼텍스 세퍼레이터는 접선방향 운동량으로 인해 회전유동이 발생하여 원심력과 중력으로 인한 입자상 물질과 유체의 분리가 이루어지므로 비정상 상태의 복잡한 흐름을 갖는다. 본 연구에서는 유한체적법 기반의 3차원 점성 유동장의 비정상 해석을 수행하였으며 이상유동의 해석을 위하여 오일러-오일러 모델을 이용하였다. 효율적인 설계를 위하여 세 가지 형태의 볼텍스 세퍼레이터 내부 구조에 대한 분석을 수행하였으며, 입자상 체적비, 입자 직경의 변화에 따른 분리 효율을 비교하였다. 또한 전산해석을 통하여 얻어진 분리성능을 확인하였으며 실험을 통한 검증을 수행하였다.

고층빌딩이나 해양 라이저와 같은 세장 구조물은 구조시스템의 동적 불안정의 주요 원인인 와류유기진동(vortexinduced vibration, VIV)에 의한 동하중에 매우 취약하다. 와류유기진동이 라이저의 고유진동수 영역에서 발생하는 경우 Lock-in현상으로 피로파괴의 우려가 있다. 본 논문에서는 Lock-in 영역에서 구조물과 유동의 동적거동에 대한 수치해석을 다루었으며, 유동조건 변화에도 불구하고 공진 주파수가 유지되는 현상에 대해 분석하였으며, 유입유동에 대해 수직방향으로 자유진동하는 1자유도의 2차원 원형실린더 단면에 대한 비정상 층류를 가정하였다. 각 시간 단계에서 물체의 움직임을 고려하여 유동장 격자를 재생성하며 비정상 유동과 물체의 운동에 대한 지배방정식을 순차적으로 수치해석하여 유체-구조연성해석을 수행하였다. 결과는 선행연구와 잘 일치함을 보여주었고, Lock-in 현상에 대한 특성을 잘 나타내었다. Lock-in 영역에서는 양력뿐만 아니라 항력도 크게 증가함을 보여주었으며, 실린더의 수직변위는 직경의 20%까지 이름을 나타내었다. 양력과 수직변위의 상관분석을 통해 실린더가 Lock-in 영역에서 양력과 수직변위의 위상차가 동기로부터 반동기로 천이함을 확인하였으며, 이러한 변화가 Lock-in 영역에서 나타나는 공진거동의 원인이 되는 것으로 판된되었다.

해상 교량, 고층건물이나 라이저와 같은 세장 주상체의 설계 및 시공이 늘어남에 따라 높은 유속에 대한 동적 안정성 검토의 중요성이 부각되고 있다. 특히 교량구조물은 장대화와 함께 경량화가 진행되었고 지진, 바람 등과 같은 동적 하중에 대해서 진동하기 쉬운 구조물의 특징을 가진다. 구조물 주위를 흐르는 공기에 의해 추가적인 공기력들이 발생하게 되고 이로 인해 공기 흐름장과 물체의 운동 사이에 상호작용을 가져오게 되고 부가적으로 발생된 공기력이 음(-)의 감쇠력으로 유입 풍향에 직각방향인 진동에 작용하여 갤로핑(galloping)등과 같은 자발진동을 발생시킨다. 본 논문에서는 가상경계법을 이용하여 사각 단면, 팔각단면, 모서리가 둥근 사각단면 및 양쪽 모서리가 절단된 형태의 사각단면에 대하여 유동해석을 실시하고 Glauert-Den Hartog가 제시한 방법으로 단면에 대한 갤로핑 불안정성의 발생 가능성을 평가하였다.