소음공해는 인간과 해양환경에 악영향을 끼치며, 선박과 해양구조물에서 발생하는 유동소음을 예측을 통해 소음에 대한 안전 성을 평가하고 해양환경을 보존할 수 있다. 기존 수중구조 유동소음 해석기법은 전산유체역학과 FW-H음향상사식을 이용한 하이브리드법 기반이다. FW-H는 무한공간에서의 음향전파를 가정하여 소음해석을 수행하기 때문에 음파의 반사와 산란, 회절의 영향이 나타나는 근접 장 해석이 제한적이다. 반면 격자볼츠만기법 기반의 직접법 유동소음해석을 수행하면 근접장 음향효과를 소음해석에 반영할 수 있다. 직 접법 해석은 유동과 소음이 연성된 해석이 수행되고 구조경계에서의 반사와 회절, 유동에 의한 매질 불균일성에 따른 산란효과가 반영된 다. 그간 격자볼츠만기법이 수중조건에서 수치적으로 불안정하여 수중환경에 적용이 불가능했다. 하지만 수중환경에서 사용할 수 있는 DM-TS 격자볼츠만기법 충돌연산자가 개발되어 수중으로 확장이 가능해졌다. 본 연구에서는 파이프내 원형구멍에 대하여 격자볼츠만기 법 해석을 수행해 수중 유동소음해석이 가능함을 보였다. 격자볼츠만기법 해석을 통해 도출한 유동과 소음을 각각 실험과 비교하여 해석 의 신뢰도를 확보하였다. 파이프내 유동소음에 의한 주요 압력 피크가 해석에 반영되었으며 이를 통해 격자볼츠만기법을 이용한 근접장 유동소음해석이 가능함을 확인했다.

본 연구에서는 세굴된 해저 파이프 주위 중력류의 유동 해석을 수행하였다. 결과 비교를 위해 세굴이 아닌 평평한 해저면 위에 틈새 거리를 두고 설치된 해저 파이프 문제를 함께 고려하였다. 여기서 세굴의 깊이와 틈새 거리는 동일하며, 평평한 해저면 위에 설치된 파이프 문제는 일반적으로 실제 세굴효과를 이상적으로 구현하기 위해 주로 고려된다. 중력류와 해저 파이프 상호작용에 대한 유동특성의 이해를 위해 농도 및 와도장, 압력장 그리고 양항력 계수 등, 다양한 물리량들을 비교 및 분석 하였다. 결과적으로 세굴과 평평한 해저면 위에 설치된 해저 파이프 주위 유동특성이 달라짐을 관찰하였다, 특히 세굴의 위 파이프의 경우 구조물 상부에서 발달된 음의 와만 하류로 나아가게 되지만 평탄면 위 파이프는 이열 와구조 형태를 가지는 것을 확인하였다. 따라서 중력류에 놓인 해저 파이프의 안전 설계를 위해서는 무엇보다 실제 세굴조건을 고려하는 것이 중요 할 것으로 판단된다.

장애물이 있는 배관속의 점성유동을 다양한 난류모형을 적용하여 해석하였다. 적용한 난류모형은 k-ε, k-Ω, Spalart-Allmaras, Reynolds stress 이고, 배관내의 격자는 구조격자(structured grid) 이다. 속도벡터, 압력분포 반복계산(iteration)에 의한 잔류치(residual), 양정(dynamic head) 등을 모사하였다. 4개의 난류모형을 배관유동에 적용하였고 상용 프로그램을 사용하여 해석을 수행하였다.

평행한 벽 사이에 원형배관(circular pipeline)을 놓고 그 주위의 유동특성에 대한 수치연구를 수행하였다. 비압축성 유체를 가지고, Navier-Stokes 방정식을 풀었고 3차 풍상(upwind) 차분의 수치해법을 이용하였다. 한쪽 벽과의 거리가 매우 작아질 때, 볼텍스 떨어짐이 상당히 억압되는데 이것은 벽 경계와의 상호 박리 작용 때문으로 간수된다. 본 연구는 레이놀드 수의 변함과 물체가 벽에 접근함에 따른 볼텍스 떨어짐의 특성을 규명하는데 있다. 원형배관 후류와 평행벽내 유기된 박리의 상호작용을 집중적으로 다루며 서로 다른 조건에서 박리와 와역한(vorticity dynamics)의 특성을 해석하였다.