PURPOSES: This study proposes a cohesive shrinkage particle model that can be used to simulate a variety of dynamic behaviors and phase changes of construction materials, including road subsidence and debris flow, and phase change curing, via discrete element method (DEM). METHODS : From the perspective of DEM modeling, the water-content-dependent characteristics of soil particles and related modeling techniques are reviewed from literature. The static friction, cohesion, and particle size change are considered as the major parameters that should be reflected in DEM modeling for a more realistic simulation. The relationships of water content with cohesive force and particle radius, as determined from experimental test results in the relevant study, are utilized to develop the cohesive shrinkage model. For each water content value, the snapshot in simulation is compared to that in the experimental study. RESULTS: The numerical simulation shows very good agreement with the experimental test in terms of overall sample radius and thickness change due to drying. However, the local curling of soil sample in the DEM simulation does not perfectly match that in the experimental test. CONCLUSIONS : The cohesive shrinking particle model seems to be good enough for simulating the volumetric and phase changes of soil samples due to drying. However, it seems necessary to consider both bonding and cohesive contact models in DEM modeling because the only cohesive contact model exhibited limitations in the simulation of curling and crack development.

The Al-Zour coastal area, located in southern Kuwait, is a region of concentrated industrial water use, seawater intake, and the outfall of existing power plants. The Al-Zour LNG import facility project is ongoing and there are two issues regarding the seawater temperature in this area that must be considered: variations in water temperature under local meteorology and an increase in water temperature due to the expansion of the thermal discharge of expanded power plant. MIKE 3 model was applied to simulate the water temperature from June to July, based on re-analysis data from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) and the thermal discharge input from adjacent power plants. The annual water temperatures of two candidate locations of the seawater intake for the Al-Zour LNG re-gasification facility were measured in 2017 and compared to the numerical results. It was determined that the daily seawater temperature is mainly affected by thermal plume dispersion oscillating with the phase of the tidal currents. The regional meteorological conditions such as air temperature and tidal currents, also contributed a great deal to the prediction of seawater temperature.

This study investigates the enhancement of the oxygen diffusion rate in the cathode channel of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) by pure oscillating flow, which is the same as the mechanism of human breathe. Three-dimensional numerical simulation, which has the full model of the fuel cell including electrochemical reaction, ion and electronic conduction, mass transfer and thermal variation and so on, is performed to show the phenomena in the channel at the case of a steady state. This model could analysis the oscillating flow as a moving mesh calculation coupled with electrochemical reaction on the catalyst layer, however, it needs a lot of calculation time for each case. The two dimensional numerical simulation has carried on for the study of oscillating flow effect in the cathode channel of PEMFC in order to reduce the calculation time. This study shows the diffusion rate of the oxygen increased and the emission rate of the water vapor increased in the channel by oscillating flow without any forced flow.

The non-reacting flow field and the movement of sand particles inside a 30MW circulating fluidized bed combustor is numerically simulated via the finite volume method. The primary air is supplied through 23x23 array of nozzles located on the bottom and the secondary air is supplied through 12 inlet pipes located on the side walls. The steady state velocity field shows that a very complex flow pattern is formed in the lower part of the combustor. As the gas moves upward, the velocity magnitude decreases and the gas exits the combustor after hitting the top wall. To investigate the behavior of sand particles with different diameters, a particle tracking calculation is performed by introducing sand particles continuously at the z=3 m plane. For the given air flow rate condition, sand particles smaller than 0.3 mm show a complex movement pattern near the secondary air inlet and then rise toward the outlet.

이 연구의 목적은 강남 선정릉지역에서 전산유체역학모델(CFD)을 사용하여 도시지역의 흐름 및 열 환경 모의를 검증하는 것이고, CFD 모델의 모의결과와 선정릉 지역의 관측 자료와 비교하는 것이다. CFD 모델은 국립기상과학원과 서울대가 공동으로 연구 개발된 모델이다. CFD_NIMR_SNU 모델은 기상청 현업 모델인 국지예보모델(LDAPS)의 바람성분과 온도성분을 초기 및 경계조건으로 적용되었고 수목효과와 지표 온도를 고려하여 2015년 8월 4일에서 6일까지 강남 선정릉 지역을 대상으로 수치실험을 진행하였다. 선정릉지역에서 수목효과 적용 전후의 풍속을 비교하였을 때 평균 제곱근 오차(RMSE)는 각각 1.06, 0.62 m s−1로 나타났고 수목효과 적용으로 풍속 모의정확도가 향상되었다. 기온은 LDAPS 과소 모의하는 경향을 나타내고 CFD_NIMR_SNU 모델에 의해 향상된 것을 확인하였다. CFD_NIMR_SNU 모델을 이용하여 복잡한 도시지역의 흐름과 열 환경을 자세하고 정밀한 분석이 가능하며, 도시 환경 및 계획에 대한 정보를 제공 할 수 있을 것이다.

역전기투석전지는 염수-기수의 농도차이를 원동력으로 이온교환막의 선택성에 의해 양이온과 음이온을 서로 반대방향으로 이동시켜 전력을 생산한다. 이상적인 이온교환막의 경우 35 g/L과 0.5 g/L 농도의 염수와 기수를 흘려 보냈을 때, 약 0.1 V의 전압 출력을 가진다. 본 연구에서는 역전기투석 스택전지의 출력특성에 영향을 주는 인자로서 막저항, 염수와 기수의 전기전도도, 막 이동수, 막 면적, 유로 두께 및 메쉬의 개방면적비, 스택수 등을 고려하여 수치모사를 수행하였다. 스택전지 내 유로에서 발생하는 누설전류 및 내부저항을 고려한 등 가회로모델을 수립하였고, 상용 이온교환막으로 제작된 스택전지 실험결과로부터 개방전압, 단락전류밀도, 최대전력밀도와 같은 중요 전지특성에 대하여 수치 모사의 정합성을 확인하였다.

아소 화산은 일본 규슈 중앙부에 위치하며, 세계에서 가장 큰 칼데라 화산중의 하나이다. 나카다케 분화구는 아 소 칼데라의 중앙 화구군에서 유일한 활동적인 화산체이다. 2016년 10월 8일 아소 산에서 36년 만에 폭발적인 분화가 발생하였으며, 분연주가 11 km 상공까지 상승하였고 화산재는 최대 300 km 떨어진 지역에서도 확인되었다. 본 연구에 서는 미국 USGS에서 개발한 Ash3D모델을 이용하여 2016년 10월 8일의 분화에서 발생한 화산재의 확산과 침적에 대 한 수치모의를 실시하였다. 수치모의 결과 분화에 의해 발생한 화산재는 아소 칼데라 화산의 동쪽과 북동쪽으로 확산되 어 우리나라에는 피해를 주지 않는 것으로 나타났으며, 동북동 방향으로 최대 400 km 이상 먼 곳까지 침적되는 것으로 나타났다. 본 연구의 수치모의 결과는 관측 확인된 화산재 침적 결과와 대체로 일치하였다. 빠른 화산재 재해 예보를 위하여 Ash3D를 이용한 수치모의가 유용하게 쓰일 수 있을 것이다.

To estimate pollution sources in the watershed with various industries, the simulation of contamination route and distribution of 2-methyl-4,6-dinitriophenol(DNOC) were performed with a numerical model Hydro Geo Sphere. This study was performed calculations of the load using the measured concentration and simulated flow rate. And, the river was divided by the sampling sites at the mainstream, and the contribution rate at downstream sampling sites was calculated for each section. The results showed the concentration of the downstream sampling sites were decided by the concentration of upstream sites, and the contribution rates of the tributaries were calculated below 10%. The results also showed that the impact of the potential sources in Section 1(Geumho1 ~ Geumho2) and Section 5(Geumho5 ~ Geumho6) was larger than in the other area. In Section1 and Section5, It seemed to require detailed investigation.

본 연구는 해상에서 근접하여 계류된 직사각형 박스 형상의 두 바지선을 대상으로 유체역학적 상호작용으로 인한 선체운동 응답특성을 분석하기 위하여 수치시뮬레이션을 실시하였다. 이 수치시뮬레이션 실험에서는 DNV-GL의 SESAM 수치해석솔루션을 사용하여 결합된 강성 메트릭스항(coupled stiffness matrix terms)을 다중물체 모드(multiple body modes)의 surge 방향에 추가하였고, 실험에 적용한 바지선 모델의 1차 방사 및 산란 영향을 계산하기 위하여 퍼텐셜 이론을 적용하였다. 실험 결과, 두 바지선의 횡간격 20 m, 횡파 실험조건 경우에 1.3 rad/s에서 실험선의 피난효과(sheltering effect)가 나타나지 않았다. 실험 모델 상호간 횡간격의 영향은 종파와 천수역 실험 조건에서 분명하게 나타났지만, sway force는 횡파일 경우에 두 실험 모델선과의 접근거리 간격에 영향을 받았다. 실험모델의 횡간격이 좁아지면 종파와 사파의 경우에 sway, heave 운동과 sway force의 피크는 높은 주파수대로 이동하였다. 수심이 10 m일 때 풍하측 바지선의 sway 운동은 횡파와 사파의 경우에 0.2-0.8 rad/s 주파수대에서 큰 차이를 보였으며, 입사파의 방향이 달라져도 sway force의 피크는 보다 낮은 주파수대에서 나타났다.

본 연구에서는 파 주기와 기울기에 따른 단일 실린더와 다중 실린더의 wave run-up을 추정하였다. 3차원 비압축성 점성 난류 유동이며 서로 다른 상을 가지는 이상유체에 대한 수치해석을 수행하기 위하여, 본 연구에서는 전산 유체 역학 상용코드인 “STAR-CCM+”을 기반으로 하여 VOF기법과 realizable k-ε 난류 모델을 사용하였다. 모델스케일에 대한 파 주기는 단일 실린더의 경우 1.269초와 1.692초이고, 다중 실린더의 경우 1.716초이다. 각 케이스 별로 1/30, 1/16의 파 기울기를 가진다. 최종적으로 파 기울기와 주기에 대한 wave run-up 추정 결과는 관련 실험 결과와 비교하였다. 수치해석 결과는 실험과 비교하여 정성적으로 유사함을 확인하였다.

The lattice Boltzmann method (LBM) is applied to study the behavior of liquid droplet inside a PEMFC gas channel. To validate the fluid-fluid interaction model, the relationship between the pressure jump across the interface and the bubble radius is investigated for a static bubble to confirm the Laplace’s law. To evaluate the fluid-solid interaction model, static contact angle is calculated by changing the interaction parameter. Also, a constant gravitational force is applied to study the temporal evolution of liquid droplet placed on the bottom wall in a three dimensional periodic channel.

Modeling은 기상의 흐름, 화학반응 및 대기오염물질의 형성과정 등 대기현상을 과학적으로 이해하고 개발계획 및 대기 개선에 따른 정책수립의 기초자료로 활용된다. 최근 컴퓨팅 계산능력이 발전 하면서 수치모델의 모델링 영역과 모델결과의 이용분야가 점차 다양해지고 있으며, 오염물질 발생원으로 부터 시간의 흐름에 따라 오염물질농도를 예측이 가능해졌다. 본 연구는 일산열병합발전소 및 고양시 소 각장 주변지역을 대상으로 CALPUFF 확산모델을 적용하여 대기 중 배출 된 NO와 TSP의 확산을 모사 하고, 실제 측정결과와 비교함으로써 배출원에 의한 주변지역의 기여농도를 검토하였다.1, 2차 NO2 기여율 비교 결과 A-3 지점이 타 지점에 비해 비교적 높게 나타났으며, 이는 열병합발 전소 및 소각시설에서 배출되는 질소산화물의 영향이 타 지역에 비해 비교적 높다는 것을 알 수 있다. 1, 2차 TSP 기여율 비교 결과 A-5 지점이 비교적 타 지점에 비해 다소 높게 나타났으나, 기여율 값이 매우 낮음에 따라 열병합발전소 및 소각시설에서 배출되는 먼지에 의한 영향은 비교적 낮다고 판단된다.

The wind field and precipitable water vapor over the Tibetan Plateau are analyzed using the numerical model WRF. The spatial and vertical distributions of the relevant meteorological factors are summarized, providing evidence for selecting and further evaluating an astronomical site. This study serves as a further demonstration towards astro-climate regionalization, and provides us with an essential database for an astronomical site survey over the Tibetan Plateau.

COMSOL 소프트웨어 프로그램을 이용하여 중공사형 분리막 모듈 내 용액의 속도 및 압력 분포를 포함한 유동현상을 규명하였으며 투과유속에 따른 농도분극을 수치해석하였다. 모듈의 길이, 충전율, 회수율 및 투과 유속 그리고 입구의 위치를 하단부 혹은 측면부로 변화시키면서 계산하였다. 이상의 운전변수 중 모듈의 길이가 압력 강하에 가장 큰 영향을 미침을 확인하였으며 중공사형 모듈 내의 농도분극은 입출구의 위치에 따라서 변화함을 알 수 있었다.