This paper investigates the downwash effect of a rooftop structure (RTS) representing a typical RTS with jet diffusion. The effect of rooftop structure height on the severity of the downwash effect is assessed. As a result, design guidance provided for determining structure height required to avoid the downwash effect.

본 논문에서는 풍동에서 수행되는 날개 길이가 0.8m와 1.5m인 두 수직축형 풍력발전기 및 날개 길이가 0.74m인 수평축형 풍력발전기의 성능평가시험으로부터 출력량을 얻기 위하여 수직축형 풍력발전기 및 수평축형 풍력발전기의 폐쇄효과를 고려하였다. 풍속이 증가함에 따라 서로 다른 날개 길이를 갖는 두 수직축형 풍력발전기 및 수평축형 풍력발전기의 출력량을 측정하였고 폐쇄효과에 기인한 폐쇄계수를 사용하여 출력량을 보정하였다. 날개 길이가 0.8m인 수직축형 풍력발전기에 대해 RPM과 폐쇄계수 사이의 관계는 풍속이 5m/s, 8m/s 및 10m/s일 때 거의 동일하였다. 날개 길이가 0.8m인 수직축형 풍력발전기에 대한 폐쇄계수는 RPM이 증가함에 따라 0.91에서 0.88의 범위에 있었고, 날개 길이가 1.5m인 수직축형 풍력발전기에 대한 폐쇄계수는 RPM이 증가함에 따라 0.85에서 0.82의 범위에 있었다. 또한 날개 길이가 0.74m인 수평축형 풍력발전기에 대한 폐쇄계수는 RPM이 증가함에 따라 0.84에서 0.77의 범위에 있었다. 본 연구를 통해 풍동에서 수직축형 풍력발전기의 회전자 면적이 클수록 폐쇄계수는 작아진다는 것을 확인할 수 있었다.

자연지형에 의한 기류 변화를 CFD 모델과 풍동실험을 통하여 비교 연구하였다. 해안에 인접한 남부 산악지 형을 대상으로 풍동실험과 몇 종류의 CFD 모델 시뮬레이션을 수행하였다. 사용한 CFD 모델은 2 가지로, 하나는 LES 난류모델을 사용하는 가상경계기법을 활용한 유한체적법(Finite Volume Method, FVM) 코드와또하나는 4 가지 RANS 난류모델이 선택사양으로 제공되는 상업용 CFD 모델이다. 지형에 의해 풍속이 증가되는 지점과 감소되는 지점에서 수 직풍속분포를 직접 비교하고 상관도를 구하였다. CFD 모델과 풍동실험과의 상관도(R)는 0.890~0.965로 매우 높게 나 타났으며, CFD 모델중 VBM LES CFD 모델은상관도 0.965로나타나풍동실험을가장잘모사하는것으로분석되었다.

건물 주변의 빌딩바람을 예측하고자 강한 3차원 난류장에서 PIV시스템을 사용하여 건물을 모양별, 높이별로 분류하여 약 20가지의 풍동실험을 실시하였다. 형상별 실험에서는 정사각형, 직사각형, 원형 건물과 정사각형에서 4모서리를 따낸 모서리 절삭 사각형 건물을 풍향 0o와 45o로 하여 각각 풍속을 측정하였고, 높이별 실험에서는 정사각형, 직사각형, 원형 건물을 Full Scale 높이 150m, 90m, 60m, 30m로 달리하여 각각 풍향 0o, 45o로 측정하였다. 이 PIV 실험결과를 CFD시뮬레이션 결과와 비교하여 초고층 건물 주변의 강한 3차원 난류장 기류해석에 PIV시스템에 의 한 풍속 측정이 가능한지에 대해 그 유효성을 검토하였다.

작물은 복잡한 형상 때문에 CFD모델에서 다공성 매체로 설계된다. 작물이 고려된 CFD 모델 해석을 위해서는 작물군락의 공기저항값을 입력하여야 하며, 이 값은 작물에 따라 달라진다. 본 연구에서는 풍동실험을 통해 국화군락의 공기저항 값을 구하였다. 풍상측에서는 풍속과 재식밀도가 증가할수록 정압이 증가하였다. 풍하측에서는 풍속이 증가할수록 정압이 낮아졌으나 재식밀도의 영향은 크게 받지 않는 것으로 나타났다. 풍속과 재식밀도가 증가할수록 풍상측과 풍하측의 압력차가 커지는 것으로 나타났다. 국화군락의 공기저항값인 항력계수 Cd값은 0.22였으며, Fluent 프로그램의 공기저항 계수로 이용한다. CFX 프로그램에서 필요로 하는 다공성 매체의 특성값 KQ는 재식간격 9×9cm일 때 2.22, 11×11cm일 때 1.81, 13×13cm일 때 1.07이었으며, 이 값을 CFX 프로그램의 quadratic resistance coefficient로 입력한다.

본 연구에서는 시험부 벽면압력을 이용한 폐쇄효과 보정 방법에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 폐쇄형 시험부내의 원형실린더 주위 유동장에 대한 수치적 해석을 수행하여 폐쇄효과 변화에 따른 유동장 및 벽면압력 변화를 연구하였다. 본 연구에서 제시한 벽면압력측정 방법은 Maskell 방법과 Hackett과 Cooper 방법으로 보정된 결과 및 자유흐름 상태와 비교하여 그 타당성을 검증하였다. 그 결과 폐쇄형 시험부 내의 원형실린더의 경우 Maskell 방법과 Hackett과 Cooper 방법은 과보정의 경향을 보였으며, 본 연구에서 제시한 보정 방법은 자유흐름 결과와 일치되는 우수한 보정결과를 보임을 확인하였다.

OP-FTIR(Open-path Fourier Transform Infrared)을 광학적 센서로 활용하여 혹은 유독가스의 옥외 누출 및 농도분포를 신속하게 파악할 수 있는 유해가스 검색시스템을 가상환경 상에 구성하였다. 유해가스의 확산환경은 풍동실험과 유사하도록 CFD 모델을 사용하여 구성하였다. 신속한 연산이 가능하도 록, 1개의 가우스 함수를 사용한 SBFM 기법을 토대로 CT 프로그램을 만들었다. 캐노피 층보다 높은 고도 면에서 CFD 농도장 시뮬레이션으로부터 OP-FTIR 광로 통합농도 신호를 구성하였다. 이 신호를 CT 프로그램에 적용하여 CFD 농도장을 역추정한 후 CFD 결과와 비교해 봄으로써, OP-FTIR을 이용한 관 측시스템의 성능을 평가하였다. 단순한 시스템임에도 불구하고, 비교적 만족스러운 성능을 보였다.

추적자 SF6 가스농도의 공간분포를 예측하기 위하여 수동형 리모트 센싱 기술과 컴퓨터 단층 측정 기술을 접목시켜 도시모델을 모사한 풍동에서 시나리오에 따라 실험을 수행하였다. 풍동실험의 시나리오는 거리에 따른 스캐닝 방식과 각도에 따른 스캐닝 방식으로 실험을 수행하였고, OP-FTIR 원격 감시장비는 SF6 가스의 광로통합농도를 구하기 위하여 사용되었다. 또한 제안한 SBFM(Smooth Basis Function Minimization) 알고리즘은 SF6 가스농도를 공간정보를 예측하기 위하여 사용되었으며 최적의 Gaussian 함수 개수를 구하기 위하여 1개, 2개 및 3개의 Gaussian 함수를 적용하여 실험하였다. 실험 결과 SBFM 알고리즘에 의한 SF6 농도분포의 예측 결과는 실제 측정 결과와 비교할 때 1개의 Gaussian 함수를 적용한 결과의 상관계수가 0.755로 가장 잘 일치하였다. 아직 컴퓨터 단층 기술과 수동형 리모트 센싱 기술의 결합된 기술이 실험실적 연구단계이지만 SBFM 알고리즘과 기하학적 빔 스캐닝 기술이 보다 향상된다면 대기오염 감시 및 국방 분야에 폭 넓게 응용될 것으로 기대된다.

지구온난화에 따른 이상기후 발생으로 강풍 또는 태풍의 피해가 증가함에 따라 풍하중의 영향이 지배적인 도로정보시설물의 내풍성능향상 및 내풍설계기준 정립의 필요성이 대두되고 있다. 따라서, 내민식 도로표지판의 내풍안전성 확보를 위해 국내외 내풍설계기준을 비교 검토하였으며, 3차원 탄성모형 진동실험을 수행하여 자연상태의 내민식 도로표지판의 동적거동 및 내풍안전성을 확인하였다. 본 논문에서는 각 설계기준별 구조해석결과와 3차원 탄성모형 진동실험(자연풍 상태)의 변위에 의한 구조해석결과 를 비교 검토하여 기존 내풍설계기준의 타당성에 대한 검증을 시도하였다. 해석결과의 비교를 통하여 기존 내풍설계기준의 풍하중 적용시 임의방향에 대한 풍하중고려 및 내풍안전성 확보를 위한 단면 개선이 요구됨을 확인하였다.

본 논문에서는 풍동실험을 수행하여 3차원 산악지형에서의 풍속할증현상을 정량적으로 평가하고, 3차원 산악지형의 풍속할증현상에 대해 고찰하고자 한다. 풍속할증현상을 평가하기 위하여 건축구조설계기준에서 분류하고 있는 기울기에 준하여 다음의 , 그리고의 각각 다른 경사를 가진 5가지 산악지형모형을 제작하였다. 풍동 실험결과, 다양한 위치에서 풍속할증계수가 평가되었다 풍동실험결과를 바탕으로 풍속할증영역을 산정해 보면 수평방향의 영역은 산의 전체 지역, 수직방향의 영역은 산의 높이의 3.5배로 산정되었다. 풍속할증현상은 산의 정상부에서 크게 발생하였고, 경사 I은 57%, 경사 II는 75%, 경사 III은 79%, 경사 IV는 81%, 경사V는 61%의 풍속이 증가하였다. 또한 산의 정상에서 같은 거리에 있는 풍방향의 위치보다 풍직각방향의 위치에서의 풍속이 더 크게 평가되었고 풍직각방향의 경사시작면에서 의 풍속이 증가하였다.

본 연구에서는 풍력발전에 적용되는 이론 분석을 통해 공력해석 프로그램을 개발하였으며, 풍동실험 결과와 비교 분석을 통해 정확성을 검증하였다. 그 결과로 개발한 계산 프로그램의 정확성과 유용성이 입증되어, 앞으로 새로운 풍차 익형 개발에 활용하고자 한다.

본 연구는 고층건축물의 비틀림방향 응답을 평가하기 위하여 필요한 변동비틀림모멘트계수와 변동비틀림모멘트의 파워스펙트럼밀도의 특성을 확인하는데 목적이 있다. 이러한 특성들을 평가하기 위하여, 다양한 형상비와 변장비를 가진 52개 형상의 공탄성 각주형 모형을 제작한 후 노풍도를 다양하게 변화시켜 풍동실험을 실시하였다. 본 논문에서는 비틀림방향의 변동풍력의 특성을 간단히 설명하였다. 그리 고 그 결과는 대부분 건물의 형상비와 변장비에 의하여 분석되었다.

온실의 환기연구를 위한 CFD 시뮬레이션 모델에 토마토 작물을 설계함에 있어서 우선적으로 작물군의 기하학적 형상 설계 및 이의 공기 항력계수를 찾고자 하였다. 작물군 형상을 간단한 형태의 공기투과성 매체로 설계하고 이의 공기저항의 물리적 특성을 풍동실험을 통하여 구하였다. 토마토 작물군과 작물군 사이에서 측정된 값과 작물군 중앙부에서 측정되어진 값들을 분리하여 계산하여 된 결과 공기저항값인 항력계수 Cd 값은 각각 0.2551와 0.2621로 나타났다. 최종적으로 이들의 평균값인 0.26을 Fluent CFD 프로그램의 작물군 공기투과성 매체의 x, y, z축의 내부저항값으로 입력되었다. 이 실험결과를 이용하여 전산유체역학 (CFD)을 이용한 시설내 작물군이 존재하는 경우의 온실 환기연구를 효과적으로 수행할 수 있게 되었다. 또한 풍동을 이용한 작물의 공기저항 연구를 위한 실험방법을 개발하여 앞으로도 다양한 작물들을 대상으로 공기유동의 물리적 특성연구를 수행할 수 있게 되었다.