국내 자연재난 피해의 50%는 태풍에 의해 발생하며, 최근 태풍에 동반된 강풍에 의한 인명 피해가 빈번하게 발생하고 있다. 재난 피해 저감을 위한 재난 안전 교육의 일환으로 국내의 강풍체험시설은 대부분 제한된 공간에 설치되어 체험을 위한 내부 유동장의 효과적 설계가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 전산유체역학 기법을 이용하여 강풍 체험장의 내부 유동장을 해석하였으며, 내부 구조 형상으로 인해 발생하는 압력 저항을 공간 저항으로 정의하였다. 기존 강풍 체험장에 대한 분석 결과 기존의 수평 방향 풍로 구조로 인해 매우 불균질한 내부 유동장이 형성되고 큰 공간 저항이 발생함을 확인하였다. 이를 개선하기 위하여 풍로를 수직 방향으 로 변경함으로써 공간 저항을 80% 가까이 감소시킬 수 있음을 확인하였으며, 체험장 내부 유동장의 균질도도 크게 향상되어 실질적 강풍 체험장 구현이 가능함을 확인하였다.

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.

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.

최근 황사, 차량 배기가스, 특히 화산재 등에 따른 미세먼지 등으로 인해 발생하는 대기 오염에 대한 우려로 저감 설비에 대한 사회적 관심이 증가하고 있다. 이에 본 논문에서는 화산재 등과 같은 입자성 유동에 대한 공기정화 설비에 많이 활용되는 다공판이나 다공매질을 통과하는 유동 특성 분석을 위한 전산해석을 다루었다. 실제 다공판이나 다공매질의 경우 공극이 작을 때는 전산해석에 많은 어려움이 있어 경험적 모형이 활용되는 추세인데, 경험적 모형에 포함된 경험계수의 산정 방법과 결과를 실제 다공영역에 대한 전산 모형을 활용하거나 실험에 의한 압력강하 계측 결과와 비교함으로써 효과적인 전산해석 방법을 제시하고자 하였다.

본 연구에서는 VFSMOD-W 모형을 활용하여 새만금 유역의 초생대 기법 적용에 따른 유사저감효과를 예측하고자 하였다. 먼저 모형의 신뢰도 확보를 위해 새만금 유역 내 초생대 실측치를 활용하여 매개변수를 보정하였으며, 새만금 유역 내 밭경지 특성을 파악하여 이를 토대로 모의 시나리오를 개발하였다. 다양한 밭경지 특성을 반영하기 위해 개발된 모의시나리오는 밭경지 규모 1 ha, 5 ha, 10 ha로 밭의 폭과 길이 비는 1 : 1를 적용 하였으며, 밭의 경사는 7%, 15%를 고려하였다. 또한 강우조건은 50 mm, 100 mm, 150 mm, 200 mm 일강우량을 적용하였다. 그 결과, 초생대의 유출저감효과는 밭경사 7%와 15%에 대해 2.9~13.5%, 2.9~12.1%로 각각 나타났으며, 유사저감효과는 33.8~97.0%, 27.1~85.9%로 각각 나타나 유출저감효과에 비해 상대적으로 높은 저감효과를 나타내었다. 유출 및 유사 발생에 영향을 미치는 밭규모, 경사 및 강우량 인자에 따라 초생대 효과는 큰 차이를 나타내었다. 본 모의 결과를 바탕으로 새만금 유역내 밭경지 규모 10 ha 미만, 경사 15% 이내의 조건에서 밭면적 10% 규모로 초생대를 조성할 경우 유사저감 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.