A three-dimensional computational fluid dynamics code is developed for predicting nonequilibrium flowfields over Mars entry probes. The numerical scheme is based on the cell-vertex finite volume method for a prismatic unstructured mesh system. Internal energy excitations and chemical reactions with finite rates are considered by introducing the two-temperature model of Park. Eight chemical species, C, N, O, CO, N2, NO, O2, and CO2, and nine chemical reactions are considered in the calculations. The developed code is verified in terms of prediction of heat flux to the body surface near the stagnation point of a Mars entry probe flying with the velocity of 6 km/s. The calculated heat flux reasonably agree with the calculated result in the past studies.

저자는 기존의 연구에서 대용량-비선형성을 가지는 유체의 최적화를 수행하기 위해 몇 가지 강력한 방법들을 제시한 바 있다. 즉, 최적화 과정에서 수렴성을 높이기 위해 step by step기법을 사용하였고, 또한 수렴속도를 높이기 위하여 최적화이터레이션 과정에서 얻어지는 민감도정보를 이용하여 시스템 평형방정식의 해석을 위한 좋은 초기치를 제공하는 방법과, 평형방정식을 구속조건으로 사용하는 동시기법(simultaneous technique)에서 착안하여 해석과 최적화 수렴 판정치를 조작하는 방법을 제시한 바 있다. 그러나 그들 기법은 기본적으로 유사뉴턴법에 기본을 두고 있다. 현재까지 최적화에서 SQP기법을 사용할 때는 정확한 헤시안 매트릭스의 유도가 매우 까다롭고 힘들기 때문에 유사뉴턴법을 사용하고 있는 실정이다. 그러나 3차원 문제와 같이 더욱 큰 용량의 문제를 위해서는 진정한 의미에서의 뉴턴법, 트루 뉴턴법(true Newton method)을 사용할 필요가 있다. 본 연구에서는 트루 뉴턴법을 사용하기 위해 헤시안 매트릭스의 정확치를 얻는 과정을 유도하고 이를 기본으로 트루 뉴턴법을 이용한 최적화 루틴을 만들었다. 그리고 이를 3차원 문제에 적용하여 그 효과를 검증하였다.

본 연구에서는 성층화된 수로에서 3차원 hill과 같은 해저지형이 유동장에 미치는 효과를 수치실험을 통해 밝히고자 하였다. 계산결과 hill 주위의 유동장은 지형과 성층의 효과를 복합적으로 받는 것으로 나타났다. hill 배후에서 형성된 칼만와류는 성층효과로 인해 저층에서만 나타났다. 이러한 와류는 hill 중심의 밀도를 감소시켜 성층화된 열염구조를 불안정하게 하는 역할을 하였고 이로 인하여 등밀도선을 따라 흐르는 흐름은 hill 전면의 경우 깊어지는 등밀도선을 따라 하강한 뒤, 그 후면에서는 다시 등밀도선을 따라 상승하는 패턴을 나타내었다. 그 결과 연직유속은 hill의 전면에서는 침강류, 그 후면에서는 용승류가 형성되는 특징을 나타냄과 동시에 수평적으로 보았을 때 hill의 측면을 통해 가장 활발하게 용승이 발생하지만 표층까지 영향을 크게 미치지는 않는 것으로 나타났다.

3차원 실내공간의 상부에서 일정유속이 유입하여 양측면 하부쪽으로 유출될 경우, 책상형의 가열 장애물 영향에 의한 유동장의 변화와 온도분포를 수치계산 한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. (1)표준 k-ε 2 방정식 모델로 난류유동장을 해석한 결과 장애물을 기준으로 상하부에는 독립적인 큰 재순환 영역이 존재함을 알 수 있었다. (2) 유입류의 속도 변화에 따른 전제적인 유동패턴은 큰 변화없이 상사적인 분포를 하는 것을 알 수 있었다. (3) 유입속도가 감소함에 따라서, 공간에 대한 발열체의 온도영향이 커진다. (4) Re수가 작은 범위 (10 상(4)-10 상(5)에서는 열전달이 급격히 상승하여, Re수가 10 상(5)이상이 도면 열전달이 거의 일정하다.

본 연구에서는 3차원 이산 균열망 수치모형을 이용하여 균열망을 구성하는 균열요소의 길이분포가 유체 흐름 특성이 미치는 영향에 대해 수치적으 로 분석하였다. 균열요소의 길이분포의 생성을 위해 절단멱분포법칙을 적용하였으며, 지수 β₁을 1.0에서부터 6.0까지 변화시키면서 유체 흐름 모의를 수행하였다. 모의결과 지수 β₁이 증가함에 따라 균열요소들의 길이분포는 점차적으로 작아지며, 이로 인해 균열망의 투수성에 영향을 미치는 균열요소들 간의 연결성은 취약해지는 것으로 나타났다. 각각의 지수 β₁에 대해 균열요소 각각에서 계산된 유량분포를 분석하였을 때 β₁= 1.0에 서의 평균유량이   6.0에 비해 약 447배 크게 산정되었으며, 균열망의 유출경계에서 계산된 유량의 경우 β₁일 때가 6.0에 비해 약 6,440배 크게 산정되었다.

본 연구에서는 직선 개수로 내 설치된 50% 잠긴 수제 모형 주위에서 발생하는 3차원 흐름 현상 연구를 위한 수리모형실험이 수행되었다. 수리모형실험은 두 가지 Froude 수(Fr≃0.10와 Fr≃0.18)에서 수행되었다. 그리고 본 실험 결과를 잠기지 않은 수제 실험결과(Jeon and Kang, 2016)와 비교하여 수제의 잠김 흐름 발생에 따른 흐름 변화를 관찰하였다. 시간평균유속과 난류에너지를 구하기 위해 초음파 유속계를 이용해 3차원 실시간 유속을 측정하였고 시간평균 수위를 측정하기 위해 초음파 거리 센서를 이용해 실시간 수위를 측정하였다. 수제의 잠김 흐름 발생은 3차원 유속분포에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 하도 내 수제 형 수리구조물을 설치하였을 때, 만곡수로와 수충부에서의 흐름 양상 변화를 3차원 유속 측정을 통해 확인하였다. 연구를 위해 길이 24.4m, 폭 1.5m, 하상경사 2%의 만곡수로에서 실험을 수행하였다. 실험은 단일 수제의 설치 여부에 따라 크게 두 가지 경우로 나누어 수행하였다. 유속의 측정에는 3차원 초음파 유속계(Acoustic Doppler velocimeter, ADV)를 사용하였으며 각 단면 당 약60개의 측점을선정하여 일정한시간 동안측정하였다. 측정된 유속들은시간평균하였으며, 각단면에서의측정결과를연결하여만곡수로의수면유속을파악하였다. 그결과, 수제설치로 인해구조물하류에위치한만곡부외측에서의유속이현저하게감소하였고제방을향했던흐름의방향이내측으로변화하 였음을 확인할 수 있었다.

최근 기후변화에 따른 집중호우로 도시홍수의 피해가 급격히 증가하고 있다. 이러한 도시홍수를 효과적으로 방어하기 위해서는 내배수시설의 성능 개선이 선행되어야 한다. 이러한 내배수 시설의 성능 개선을 위해서 현재 기 설치되어 있는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 성능평가가 필요하다. 성능평가가 이루어져야 유입부 및 흡입부의 설계를 개선하거나 펌프의 용량을 증대하는 대안을 제시할 수 있을 것이다. 하지만 현재 설계기준에는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 성능 평가 방법이 부재한 실정이다. 따라서 빗물펌프장 내 흐름특성을 분석하여 설계 및 운영에 대한 성능 평가방법을 제시할 필요가 있다. 배수능력 평가 기준을 마련하기 위한 빗물펌프장 내 흐름특성 분석은 수리모형실험을 통하여 분석하는 것이 가장 이상적이나 현실적인 문제로 인하여 수치모의를 통해 분석하는 것이 적당할 것으로 판단된다. 수치모의를 사용하기 위해서는 수치모의의 검증이 필히 선행되어야 하므로 본 연구에서는 국내 빗물펌프장 흡입부의 설게기준과 기설치된 빗물펌프장의 형상을 고려하여 수치모의의 검증에 필요한 수리실험을 수행하였다. PIV(Particle Image Velocimety)를 이용하여 빗물펌프장 흡입부 주변의 유속장에 대한 자료를 확보하였다. 확보한 유속장 자료와 ANSYS CFX 모의 결과와 비교하여 3차원 수치모형의 검증을 수행하였다.

사다리꼴단면을 가진 광정횡월류위어에서의 흐름특성을 3차원 수치모의를 통해 분석하였다. 본 연구결과， 본류 수로의 푸르드수가 증가함에 따라 월류유량비와 횡월류 유량계수는 감소하는 경향을 보였다. 그리고 횡월류 유량이 증가하면서 월류부 하류 수로의 주흐름구간은 축소되며，횡윌류위어의 대안 측에 형성되는 재순환영역의 크기는 증가하는 양상을 보였다. 횡월류위어 측에서의 주흐름방향 수위분포는 위어 시점부에서 급격히 하강하여 점차 증가하다 위어 종점부에서 급격히 상

The Characteristics of atmospheric flow and dispersion of air pollutants in the mountainous coastal area were studied using three-dimensional model by the combination of land/sea breezes and transport. It was then applied to Pusan city. As the urban area considered in this study is located in a mountainous coastal area, the atmospheric flow is strongly affected by the land/sea breezes and mountain/valley winds. The typical effects of land/sea breezes on the dispersion and the characteristics of pollutants movement in the region were analysed. The model has been proved to be an useful tool to pridict real time air pollutants transport as shown by the results of application studies in Pusan, Korea which is an urbanized coastal area with mountainous topography. It was found that the pollutants are differently transported and concentrated as going inland by the influence of the sea breeze with topographic changes. By comparing the pollutants concentrations of the simulated results with those of the observational results, it is shown that simulated results in this study are in qualitative agreement with observational ones.