국제해사기구(IMO)의 온실가스(GHG) 감축 전략과 같은 환경규제를 강화함에 따라 친환경 선박 및 대체 연료 등 기술 개발이 확대되고 있다. 그의 일환으로 해운사와 조선사를 중심으로 에너지 저감과 풍력 추진 기술을 활용한 선박 추진 기술이 대두되고 있다. 풍 력 추진 기술의 확보와 실증 연구를 조선 및 해운 분야에 도입함으로써 친환경 기술을 활용한 고부가가치 시장을 창출할 수 있으며, 운항 선박의 연료 소비율을 줄임으로써 연비를 약 6~8 % 정도 향상시켜 GHG의 감축을 기대할 수 있다. 로터 세일(Rotor Sail, RS) 기술은 원형 실린더가 일정한 속도로 회전하여 유체를 통과할 때 실린더의 수직 방향으로 유체역학적 힘을 발생시키는 기술이다. 이를 마그누스 효과 (Magnus Effect)라고 하며, 본 연구에서는 선박에 설치된 풍력보조추진 시스템인 RS 주위의 난류 유동특성에 관한 수치해석적 연구를 통하 여 추진효율을 높일 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. 그래서 RS의 공기 역학적 힘에 영향을 미치는 매개변수로써 속도비(Spin Ratio, SR)와 종횡비(Aspect Ratio, AR) 변화에 따른 양력계수( )와 항력계수( )를 도출하였고, RS 끝단 플레이트(End Plate, EP) 적용에 따른 RS 주변 유동특성을 비교하였다.

An elliptic blending Reynolds stress transport equation model for Newtonian fluids has been extended to predict polymer-induced drag reduction FENE-P fluids. The conformation tensor equation which is related to the polymer stress is adopted from the model form of Resende et al., and the models of redistribution and dissipation rate terms for the Reynolds stress transport equation are considered by the elliptic blending equation. Also, the new model terms for viscoelastic turbulent transport and viscoelastic dissipation in the Reynolds stress transport equation are introduced to consider the polymer additives effect. The prediction results are directly compared to the DNS data to assess the performance of the present model predictions.

본 연구는 거친 표면에서의 유동장 특성에 대해 실험 및 수치해석적 연구를 수행하였다. 완전 발달한 두꺼운 난류경계층은 풍동 내 바닥에 깔린 거친 표면을 이용하여 생성하였다. 평균유동과 난류강도 및 왜도와 같은 난류경계층의 특성을 열선유속계를 이용해 측정하였다. 풍동실험결과와의 비교를 위해 난류경계층은 수치해석을 이용하여 모사하였다. 거친 벽표면은 기본적으로 난류경계층 생성에 사용되었으며 입출구면에는 주기경계조건이 적용되었다. 본 연구결과로서 난류경계층이 거친 표면 위에서 성공적으로 생성 되었으며 평균유동과 난류강도 및 왜도와 같은 난류경계층의 특성은 지표면조도에 따라 달라진다는 것을 확인하였다.

It is known that the cooling performance can be improved about 5~12% and the COP (Coefficient of Performance) can be improved about 10~15% when the IHX (Internal Heat Exchanger) was applied in a vehicle. Thus, the aim of this study was to observe the influence of the fins shape on the turbulence flow and turbulence kinetic energy gradient in IHX. All the applied parameters of the fin such as rotation angle, spacing ratio, height ratio and mass flow rate are changed. The governing equations for the flow motion simulation were applied to continuity equation and Navier-Stokes equation, and the turbulence model was applied by the Shear Stress Transport(SST) model, which has the advantage of turbulence simulation. As the rotation angles of the front and back fins were increased, the difference in the maximum turbulent kinetic energy gradient between fins was reduced. As the inlet flow mass increased, the turbulent kinetic energy difference between front and back fins were increased. The turbulence area tended to increase with increasing fin height ratio.

최근 대기환경 및 난류해석분야에 관심을 받고 있는 대와류모사(LES)는 그 적용분야도 다양하다. 특히 LES를 이용한 난류 유동장 해석 시, 실제와 유사한 난류의 특성을 지니고 있는 입구조건을 부여하면 해석 도메인 내에서 실제 난류를 보다 빠르게 생성시 킬 수 있다. 본 연구에서는 LES를 이용한 해석으로 난류경계층을 수치해석 도메인 내에 빠르게 생성시킬 수 있도록 하기 위해 입구 조건으로 기존에 많이 적용하는 방법 중 하나인 합성법(synthesis method)이 이용되었고, 수치해석 도메인 내에 만들어진 난류특성들을 기존의 연구결과들과 비교하였다. 입구에 유입되는 몇몇 유동특성들은 기존의 연구결과와 동일한 값을 입력할 수 있으나 유동방향의 길이크기는 쉽지 않다. 그로인해 기존의 연구결과들과 비교하였을 때, 채널 내에서 발달한 난류특성들은 약간의 차이를 나타내지만 유입데이터와 큰 차이는 나타나지 않았다. 또한, 본 합성법을 통한 난류 입구유동의 길이크기에 따른 응답특성을 확인하기 위하여, 폭방 향으로 다양한 길이스케일 변화를 주어 그 특성을 확인하였다. 그 결과, 폭방향의 길이스케일이 커질수록 벽면의 전단응력의 회복이 빨라졌으며, 이는 난류경계층의 발달이 빨라지는 것을 의미한다.

The effects of intake system on turbulent kinetic energy for the in-cylinder flow of a four-valve SI engine were studied. For this study, the same head, cylinder, and the piston were used to examine turbulence characteristics in two different intake systems. In-cylinder flow measurements were conducted using three dimensional LDV system. The measurement method, which simultaneously collects 3-D velocity data, allowed a evaluation of turbulent kinetic energy inside a cylinder. High levels of turbulent kinetic energy were found in regions of high shear flow, attributed to the collisions of intake flows. These specific results support the more general conclusion that the slightly offset direction of the intake system produced higher in-cylinder velocities on the +x-axis side of the cylinder which caused some asymmetric flow patterns about the z-axis. Higher levels of turbulent kinetic energy prevailed in zones of mean velocity collisions and regions where significant directional changes in the mean velocity patterns occurred.

본 연구에서는 트랜섬 선미 후류 난류유동 특성을 알아보기 위하여 Re = 3.5×103 및 Re = 7.0×103에서 2-프레임 그레이레벨 상호상관 PIV기법을 적용하여 실험을 수행하였다. 트랜섬 선미의 형상은 선저와 트랜섬이 이루는 각을 기준으로 45˚(모델 A), 90˚(모델 B) 및 135˚(모델 C)로 구분하여 적용하였다. 모델의 침수깊이는 40 mm로 자유수면과 접하도록 설치하였다. 난류유동을 평균하여 난류강도, 레이놀즈 응력, 난류운동에너지에 대한 통계적 유동정보를 제공하였다. 난류강도는 자유수면과 모델의 하부 박리유동과의 상호작용으로 강하게 작용하며, 레이놀즈 응력과 난류운동에너지는 모델 C형(Raked transom)에서 낮은 분포가 나타났다.

The paper reports on the prediction of turbulent heat transfer in flows between parallel plates with wall transpiration. The elliptic blending second moment closure for turbulent stresses and the GGDH model for turbulent heat fluxes are employed to predict the turbulent flow and heat transfer. The numerical results by the adopted models are directly compared to the DNS data and the measurements to assess the performance of the model predictions. The predictions show correctly the effect of deceleration and acceleration of the flow caused by the transpiration, and the anisotropy of the turbulence structure is augmented towards downstream by the fluid injection. The turbulence structure and heat transfer characteristics of transpired flows are well captured by the present turbulence and heat flux models.

난류 경계층 유동과 물체주위의 상관유동 및 그 물체 주위에서의 부압 생성과 관련, 그 유동특성에 대한 이해를 높이기 위하여 두꺼운 난류 경계층 내에 놓인 큐브물체 주위의 박리유동에 대해 연구를 수행하였다. 2차원의 PIV와 열선유속계를 이용하여 풍동 내에서 두꺼운 경계층을 생성시키는 실험이 수행되었다. 실험은 큐브의 높이 h에서 측정된 유속 U에 근거한 레이놀즈 수 18,600에서부터 349,000 의 범위에서 수행되었으며, 이 레이놀즈 수의 범위는 평균유동이 레이놀즈 수와 관계없이 충분히 크다고 판단된다. 본 연구에서 큐브의 선단주위와 상부에서의 유동장 측정결과들을 제시할 것이다. 연구결론으로 레이놀즈 효과는 평균표면압력이라든지 표면근처의 평균유속과 같은 평균유동특성에 별 영향을 미치지 않았지만, 섭동장은 큰 영향을 나타내고 있었다.

본 연구는 LES를 이용해 건물군 주위의 풍환경을 수치적으로 해석하였다. 본 연구의 동기는 강풍 피해에 대한 위험도 평가 기술을 개발하려는 노력에 기인한다. Lagrangian dynamic subgrid-scale model이 난류 모델링으로서 사용되었으며 log-law에 기반을 둔 벽모델이 바닥면과 건물 표면에 적용되었다. 건물의 형상은 가상경계법을 이용해 구현되었으며 직교좌표계를 이용하였다. 위험도 평가에서 중요한 인자는 평균 물리량 뿐만 아니라 그 RMS 값이다. 몇몇 선택된 건물의 표면과 그 주위의 압력 및 속도, 난류 강도 등을 도시화하였으며, 특히 사람 높이에서의 그러한 물리량들의 평균과 RMS값을 도시함으로써 인간에 대한 직접적인 위험도를 예측하였다.

본 논문에서는 패시브 진돈제어시스템을 설치한 실대물 K형 철골브레이스 골조의 실험결과를 다루었다. 패시브 진동제어시스템은 점탄성물질을 이용하여 새롭게 개발된 댐퍼를 사용하였다. 이 실험모델의 진동제어 효율성을 확인하고 철골조 브레이싱의 진동반응특성을 조사하기 위하여 일련의 실험을 행하였다. 자유진동실험결과 댐퍼를 설치시 설치하지 않은 경우와 비교하여 3배정도의 진동제어능력을 나타냈다. 점탄성물질 난류댐퍼의 효율성은 진동실험에 의하여 확인되었다.

본 연구는 바람의 난류에 의한 장대교량의 피로 및 사용성에 문제를 야기시킬수 있는 버페팅 현상에 대해 주파수 영역에서의 해석적 연구를 수행하였으며, 유한요소방법과 램던 이론에 의해 바람의 파워스펙트럼, 변동특성 및 교량 구조물의 응답을 산정하였다. 바람의 난류에 의한 버페팅 응답을 해석할 수 있는 전산 해석기술을 개발하였으며, 개발된 해석 프로그램을 통하여 예제를 수행하였다. 단순지지된 보 구조물에 대한 버페팅 응답을 수행하였으며, Scanlan의 해석방법과 비교, 검토한 결과 잘 일치하였다 . 끝으로 2경간 연속 사장교에 대한 해석을 수행하였다.

This thesis investigates vibration response characteristics of building frames in which dampers are installed. The frames belong to passively vibration-controlled. Structures which utilizes energy dissipation of mechanical dampers provided in the structure. In this thesis, a turbulent flow damper sealed by visco-elastic material was dealt with as the device of passive vibration control. To investigate the resisting force characteristics of the damper, harmonic vibratration tests were carried out. Based on the test results, a theoretical model of the damper resistance was presented and a method of identifying the model parameters was proposed. Shaking table tests of the frame with and without the dampers were carried out and the effectiveness of the damper was examined. The response of the frame with the dampers was reduced to 1/2 or 1/3 of the cases without the damper.