필로티는 현대건축에서 주차공간의 활용, 보행자의 통로 등 여러 가지 이점을 가지고 있기 때문에 아파트와 오피스텔과 같은 고층건축물에 많이 사용되고 있다. 이러한 고층건축물의 필로티 형태 특성상 강풍이 불 때 바람이 집중되기 때문에 필로티 천장과 벽 면에 위치하고 있는 외장재 및 주골조가 파손되기 쉽다. 그리고 이러한 외장재 및 주골조의 탈락으로 인해 2차 피해가 발생할 우려가 있다. 하지만 건축구조기준(KBC-2016)에서는 고층건축물에 대한 천장 및 벽면의 풍압계수만을 제시할 뿐 필로티에 대한 기준이 명시 되어 있지 않다. 본 논문은 고층건축물에서 사용되는 필로티의 종류로서 관통형, 개방형 필로티를 선정하였고, 필로티의 폭과 깊이를 변수로 하여 풍동실험을 진행하였다. 그리고 변수에 따른 풍압계수의 특성을 파악하였고 비교 및 분석하였고 본 논문의 실험결과를 통 하여 필로티 설계 시 활용할 수 있는 주골조 및 외장재 설계용 풍압계수를 제시하였다.

본 연구는 거친 표면에서의 유동장 특성에 대해 실험 및 수치해석적 연구를 수행하였다. 완전 발달한 두꺼운 난류경계층은 풍동 내 바닥에 깔린 거친 표면을 이용하여 생성하였다. 평균유동과 난류강도 및 왜도와 같은 난류경계층의 특성을 열선유속계를 이용해 측정하였다. 풍동실험결과와의 비교를 위해 난류경계층은 수치해석을 이용하여 모사하였다. 거친 벽표면은 기본적으로 난류경계층 생성에 사용되었으며 입출구면에는 주기경계조건이 적용되었다. 본 연구결과로서 난류경계층이 거친 표면 위에서 성공적으로 생성 되었으며 평균유동과 난류강도 및 왜도와 같은 난류경계층의 특성은 지표면조도에 따라 달라진다는 것을 확인하였다.

최근 대기환경 및 난류해석분야에 관심을 받고 있는 대와류모사(LES)는 그 적용분야도 다양하다. 특히 LES를 이용한 난류 유동장 해석 시, 실제와 유사한 난류의 특성을 지니고 있는 입구조건을 부여하면 해석 도메인 내에서 실제 난류를 보다 빠르게 생성시 킬 수 있다. 본 연구에서는 LES를 이용한 해석으로 난류경계층을 수치해석 도메인 내에 빠르게 생성시킬 수 있도록 하기 위해 입구 조건으로 기존에 많이 적용하는 방법 중 하나인 합성법(synthesis method)이 이용되었고, 수치해석 도메인 내에 만들어진 난류특성들을 기존의 연구결과들과 비교하였다. 입구에 유입되는 몇몇 유동특성들은 기존의 연구결과와 동일한 값을 입력할 수 있으나 유동방향의 길이크기는 쉽지 않다. 그로인해 기존의 연구결과들과 비교하였을 때, 채널 내에서 발달한 난류특성들은 약간의 차이를 나타내지만 유입데이터와 큰 차이는 나타나지 않았다. 또한, 본 합성법을 통한 난류 입구유동의 길이크기에 따른 응답특성을 확인하기 위하여, 폭방 향으로 다양한 길이스케일 변화를 주어 그 특성을 확인하였다. 그 결과, 폭방향의 길이스케일이 커질수록 벽면의 전단응력의 회복이 빨라졌으며, 이는 난류경계층의 발달이 빨라지는 것을 의미한다.

본 연구는 두꺼운 난류경계층 내에 놓인 구조물의 높이와 방위각이 달라짐에 따라서 나타나는 구조물 주위의 유동특성을 파악하고자 하였다. 구조물 주위의 유동특성을 파악하기 위해 대기경계층 풍동실험을 수행하었다. 구조물의 높이는 3가지로 변화시켰으며, 방위각은 0∼90°까지 변화시켰다. 풍동실험의 레이놀즈수는 각 구조물 높이에 따라 다르게 나타나며 각각의 레이놀즈수는 10.4×104(H1), 29.4×104(H2), 43.2×104(H3) 이다. 연구결과로서 높이와 방위각이 변화함에 따라 모서리에서 발생하는 박리현상이 변화하고 이는 구조물의 표면압력과 섭동압력에 상당한 영향을 끼치는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는, NACA 익형의 받음각의 변화에 따른 영향을 파악하기 위한 연구로서, 수직축 다리우스 풍력발전기를 만들기 위한 기본적 형상을 이용하였다. 특히 수치해석에 있어 근접벽면 모델링에서 y+값이 1에 가까울수록 수치결과값이 정확해진다고 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는, y+값의 변화를 통하여 최적의 y+값을 찾는 것을 목표로 하고 있다. 본 연구에서 사용한 레이놀즈 수는 360,000로 익형길이, 입구 유속은 각각 0.12m, 43.8m/s으로 설정하였다. 수치해석결과 익형의 양력계수는 받음각이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보이며, 실속각 이후에 급격히 감소하는 것을 확인하였으며 양력계수는 받음각이 0o~10o까지 증가하였고 이후, y+값에 따라 다르지만 대략 10°~16°에서 급격히 떨어졌다. 본 논문에서 실험결과에 근거하여 수치해석에 y+값이 1에 가까운 것이 적절하다고 판단된다. 표면 압력 분포에서 최대값과 최소값 C/Cm은 1.89, 그리고 최대값의 변화는 받음각의 증가에 따라 앞쪽, 혹은 뒤쪽으로 이동 되었다.

두꺼운 난류경계층 내에서 큐브물체의 표면압력과 풍하중을 동시 측정할 경우 발생하는 간섭에 대해 스펙트럼 해석을 통해 연구를 수행하였다. 실험은 큐브물체에 풍압공을 설치하고 모델의 하부에 분력계를 설치하여 수행하였다. 본 연구에서 표면압력과 풍하중 데이터를 스펙트럼 및 상호상관을 이용하여 스펙트럼 분석한 결과들을 제시할 것이다. 결론으로 표면 압력의 스펙트럼은 앞, 뒷면과 옆면은 서로 다른 경향을 보였다. 앞면과 뒷면 표면압력의 스펙트럼은 위치에 따라 유사한 특성을 보였으며, 옆면은 후단으로 갈수록 피크의 크기가 증가하였다. 표면압력과 풍하중의 상호상관은 박리와 재부착 지점의 영향에 따라 지연시간의 특성에 변화가 있었다.

본 연구는 두꺼운 난류경계층 내에 일정한 간격을 가진 정입방체의 유동특성에 대해 연구이다. 건물주위에 다른 건물이 위치함으로써 본 건물에 미치는 영향을 알아보기 위해 방위각을 0~90o로 변화시키면서 단일모델과 연속적으로 배열된 모델의 표면압력을 측정하였다. 실험은 큐브의 높이h에서 측정한 유속U에 근거한 레이놀즈수 4.6×104, 6.7×104 2가지로 하였다. 연구결과 레이놀즈 효과는 평균압력특성에 거의 영향을 끼치지 않았으며 방위각이 증가함에 따라 전면부에서 표면압력이 감소하고 후면에서는 증가하는 경향이 나타났다. 또한 모서리에서 발생한 유동박리는 큐브상부 뿐만 아니라 측면의 표면압력특성에 상당한 영향을 나타내었다.

본 연구는 콘덴싱 보일러 내부에 들어가는 원심 터보형 송풍기의 성능 향상 및 그 유동특성을 파악하고자 하였다. 보일러는 연소를 위해 반드시 필요한 가스와 공기의 양이 조절되어야하며, 이를 위해 송풍기는 보일러 내부의 한정된 영역을 차지한다. 한정된 영역에서 최적의 효율을 얻기 위해서는 케이싱 및 임펠러의 형상을 변경하는 것이 일반적으로 사용되며, 형상변화에 따른 입/출구압력, 유량, 임펠러의 토크 등의 성능특성을 파악하였다. MRF(Multiple Rotating Frame)기법 및 k-ù SST 난류 모델을 적용하여 회전 임펠러에 대한 수치해석을 수행하였으며, 형상의 변경에 따라 송풍기의 성능특성 및 최적화된 설계형상을 제안하였고, 압력측정실험을 통해 그 결과를 검증하였다.

본 논문은 난류경계층에 놓인 2차원 및 3차원 트렌치 공동 주위에서 나타나는 유동 및 표면압력 변동특성에 관한 연구이다. RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 기법을 적용하여 공동 주위 난류 유동을 2차원 및 3차원 격자를 구성하여 수치적으로 모사하였다. 여기서 사용된 난류모델은 RANS 2-방정식 난류모델로 표준 k-ε모델과 k-ω SST 모델이 사용되었으며, 적용된 모델링의 차이에 따른 트렌치 공동 주위의 유동 및 표면의 압력특성을 알아보았다 . 적용된 난류모델이 타당한 해를 가지기 위해서 공동의 벽면에 격자를 밀집시켜 격자의존성에 의한 영향을 최소화 하였다. 트렌치 공동유동의 특성을 일반화하기위해 사용된 레이놀즈수는 특성길이와 유동장의 자유흐름속도를 기준으로 하였으며, 그 크기는 1.6×104이다. 본 연구의 최종 목적은 2가지의 난류모델에 의한 영향과 2차원 및 3차원 트렌치 공동내부의 표면압력 결과를 통해 공동 주위 유동 특징을 파악하고자 하였다.

두꺼운 난류경계층 내에 일정한 간격을 가진 정입방체(150d×150w×150h)주위의 유동특성에 대해 연구를 수행하였다. 본 연구는 건물주위에 다른 건물이 위치함으로써 건물에 미치는 영향을 알아보기 위해 큐브의 표면압력분포를 조사하였다. 큐브 양옆에 같은 크기의 큐브를 3가지타입의 간격을 두고 위치해서 그 유동특성을 파악하였으며 이 때 실험에 적용된 레이놀즈수는 4.5×104, 6.7×104(큐브의 높이 h에서 측정된 유속 U=4.9m/s, 7.3m/s)에서 실시되었다. 결론으로 건물주위에 다른 건물이 위치함으로써 표면근처의 유동특성에 상당한 영향을 나타내고 있다.

해상풍력발전단지 발전량의 보다 정확한 예측을 위해 발전단지 예정지 인근에서 측정된 풍속데이터가 반드시 필요하다. 풍속데이터 확보를 위해서는 해상기상탑을 설치하는 방법과 인근 해안가나 섬에 풍속계측타워를 설치하는 방법이 있다. 본 연구에서는 인근 섬에서 측정한 풍속데이터와 WAsP 방법을 이용하여 해상풍력발전단지의 발전량을 예측할 경우에 섬의 지형 및 지면조도의 변화에 따른 발전량 예측값의 민감도를 분석하여 섬의 형상의 불확실성이 발전량 예측에 미치는 영향을 정량적으로 파악하였다. 계측타워의 풍속측정 높이가 높아질수록 섬의 지형 모델링 오차가 발전량 예측에 미치는 영향이 작아졌으며, 섬의 지면조도 변화에 따른 발전량 변동은 미미한 것으로 나타났다.

실제 대기경계층 내에 놓인 언덕 지형 주위 유동은 단순 모델을 적용한 풍동 실험이나 수치해석 결과와 는 큰 차이가 발생한다. 승학산은 풍향각에 따른 협곡, 매우 가파른 언덕 및 급격한 언덕을 지나는 유동의 후류 특성 등에 대한 여러 가지 지형적 특징을 지니고 있다. 이와 같은 유동 특성을 분석하기 위해 50m 높이의 기상 타워를 설치하여 30m, 40m, 50m 에서의 풍속 및 풍향을 각각 10분 평균으로 측정하였다. 경계층 풍속 분포 측정 결과, 급격한 언덕을 가진 풍향각에서는 큰 구배를 가지는 풍속 분포가 측정되었다. 특정 풍향각에 대하여 난류강도 분포가 협곡과 가파른 언덕에서 큰 값을 관찰할 수 있었으며, 프로파일 법으로 계산된 표면조도 역시 지형적인 특성으로 인한 경계층 풍속 분포를 효과적으로 나타내었다. 반면 시간적으로 분류된 대기안정성이 유동에 끼치는 영향은 복잡한 지형적 특성으로 인해 열유동 현상이 크게 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다.

최근 관심을 받는 풍력발전단지의 성공적인 설계는 풍력자원, 풍력발전기 설계, 소음 그리고 환경영향, 인증절차와 같은 여러 가지 인자들에 결정된다. 정부의 신재생에너지에 대한 지속적 투자로 인해 갖가지 형태의 장단기 계획들이 쏟아져 나오고 있으며 풍력발전단지설계와 관련해서 사업들이 진행되고 있다. 풍력발전단지는 지역에 따라 그 에너지생산량의 편차가 크게 달라지는데, 일반적으로 풍속이 높은 지역에서 많은 전력이 생산되므로 풍속이 가장 중요한 요구조건이라고 판단된다. 육상풍력 발전단지가 완공되기 위해서는 그 개발과정에 대해 완전히 이해되어야한다. 그러나, 과정상의 정보나 경험이 부족하면 많은 단지개발 과제는 무산되거나 신빙성을 잃을 수 밖에 없다. 본 기고문에서는 풍력에너지생산량 예측기법과 발전단지개발 절차를 강조하면서 육상에서의 풍력발전단지 설계에 대한 절차를 소개하고자한다.

최근 관심을 받는 풍력자원개발에 대한 기초적, 실용적인 연구를 수행하고 자료를 확보하기 위해서는 실제 그 지역 주위 유동특성에 대한 지식이 매우 중요하다. 두 개의 초음파 유속계와 널리 사용되고 있는 컵유속계와 풍향기를 유동방향에 수직하게 설치하여 높이가 약 4.5m에서 풍속의 평균과 변동성분을 측정하였다. 실험 결과 레이놀즈 수는 약 6.7×105, 그리고 마찰유속, u*는 약 0.32m/s로 측정되었다. 수평 및 수직 평면 풍속에 대한 파워 스펙트럼 분석은 다양한 주파수 범위의 값들을 조합하여 넓은 주파수 범위에 대해 분석 할 수 있었다. 스펙트럼 분석 결과 4개의 지배적인 와류 에너지 피크 값을 관찰 할 수 있는데, 각각의 피크 값들은 약 1~2분, 8시간, 24시간 그리고 100시간의 주기로 나타나는 것을 확인하였다. 또한, 이 피크들 사이에 넓은 스펙트럼 갭이 0.2~10 cycle/hour 주파수 범위에 걸쳐 나타나고 있다.

난류 경계층 유동과 물체주위의 상관유동 및 그 물체 주위에서의 부압 생성과 관련, 그 유동특성에 대한 이해를 높이기 위하여 두꺼운 난류 경계층 내에 놓인 큐브물체 주위의 박리유동에 대해 연구를 수행하였다. 2차원의 PIV와 열선유속계를 이용하여 풍동 내에서 두꺼운 경계층을 생성시키는 실험이 수행되었다. 실험은 큐브의 높이 h에서 측정된 유속 U에 근거한 레이놀즈 수 18,600에서부터 349,000 의 범위에서 수행되었으며, 이 레이놀즈 수의 범위는 평균유동이 레이놀즈 수와 관계없이 충분히 크다고 판단된다. 본 연구에서 큐브의 선단주위와 상부에서의 유동장 측정결과들을 제시할 것이다. 연구결론으로 레이놀즈 효과는 평균표면압력이라든지 표면근처의 평균유속과 같은 평균유동특성에 별 영향을 미치지 않았지만, 섭동장은 큰 영향을 나타내고 있었다.

The physical properties of an atmospheric boundary layer in Wolryong, a west coastal region of Jeju, South Korea, in terms of the atmospheric stability and roughness length, is important and relevant to both engineers and scientists. The study is aiming to understand the atmospheric stability around this region and its effect on the roughness length. We calculate the Monin-Obukhov length(L) against 3 typical regions of the atmospheric condition - unstable regime (-5<H/L<-0.2), neutral regime (-0.2≤H/L≤0.2) and stable regime (0.2<H/L<2), where H is the measurement height. The diurnal Monin-Obukhov length substantially varies in the night, but most of the H/L comes under the neutral regime. The roughness length scale can be derived by three different methods - logarithmic profile, standard deviation and gust factor method. The finding in the study is that the methods of the standard deviation and the gust factor, apart from the logarithmic profile, are all similar in terms of the roughness length under the different atmospheric conditions. In addition, they have sufficiently shown the effect of obstacles and surface conditions around the measurement site.

This study presents the analysis of an atmospheric flow around a single-doppler radar located in a pseudo-site. The use of a doppler radar in meteorological field of wind engineering has become widespread over the last several decades, but it has generally been recognized that the single-Doppler radar yields only one single velocity component - the radial velocity(Vr) so that some additional hypotheses or simplifications must be necessary to get proper wind forecast. Therefore, in order to get an accurate radial velocity(Vr) in this study, the existing methods such as VAD(Velocity Azimuth Display) and VARD(Velocity Area Display) are reformulated and applied to match the previous study(Waldteufel and Corbin1)), which have been an important indicator for retrieving a radar velocity. The results presented in this study include the results from different assessment methods in a peudo-site of different wind fields. Unless the existing method can consider the proper decomposition of radial velocity in the real site, then authors suggest an appropriate curve-fitting to decrease the uncertainty errors by changing a grid adaptation rate or applying a weighting function with respect to the wind angle. It is concluded that provided properly formulated fitting function are used, the wind retrieval from the Doppler radar using VAD and VARD methods can be a viable tool for use in wind engineering problems searching for the wind resources.