In this study, the analysis of the unsteady viscous flow field using the uRANS equation in a moving mesh was studied. The simulation domain is composed of an overset zone fixed to a propeller and rotating at a constant angular speed and a far zone which is located in the far distance and does not move. Each zone is composed of a polyhedral meshes for the accurate and robust gradient calculation in addition to the reduction of computation time. Simulation technique was applied to the aerodynamic analysis of the 5-inch propeller and compared with those of the MRF and the thrust test. The thrust predicted by the moving mesh showed good correlation with the MRF result within 0.5% difference, but the torque showed a tendency to under-prediction by about 10% compared to the MRF. In the future, we plan to further validate the numerical analysis technique using the moving mesh by applying it to the configurations in which precise test results exist.

The refrigerant temperature of a compressor increases due to heat generated in the discharge chamber and the motor. The increase of the suction temperature raises the superheat resulting in EER reduction. Thus, accurate superheat prediction is needed for the design of an efficient compressor. In this paper, the unsteady flow analysis is performed using CFD to predict the superheat. The results show that the suction temperature increases by about 26 °C which agrees well with the experiments.

교량단면 등에 이용되는 날카로운 모서리를 갖는 형상 주위의 유동은 기존의 전산 유체 해석에 있어서 격자 생성이나 수치적 안정성 측면에서 매우 어려운 문제를 제기한다. 최근 많이 적용되고 있는 직교격자 기반의 가상경계법도 물체면에서 점착조건을 위해 운동량 보정을 물체 내부에 적용하는 외삽법을 이용하는데, 삼각형 단면과 같은 날카로운 모서리를 갖는 형상 주위 유동 해석에 있어 수치적 불안정성을 나타낸다. 이에 본 논문에서는 보정량이 유체 내에 작용하는 내삽법을 날카로운 모서리 형상 주위의 유동해석에 적용하였다. 개발된 방법을 이용하여 정삼각형 단면 주위의 비정상, 비압축성의 2차원 층류 유동을 해석하였으며, Re=100~250의 유동에 대해 기존의 연구 결과와 비교를 통해 검증하였다. Re가 250의 유동장에 대해 다양한 변장비의 이등변삼각형 형상 주위의 해석 결과 변장비 증가에 따른 항력감소와 양력 변동량의 증가를 나타내었으며, 특히 풍상측이 수직인 경우 변장비 증가는 박리 유동의 재부착과 장주기의 와흘림으로 인한 저주파 대진폭의 양력 변동이 나타남을 알 수 있다.

이 연구에서는 전 유동장의 순간속도를 계측 할 수 있는 PIV계측기법을 슬라이딩 밸브의 폐쇄 직후에 적용하고 짧은 시간에 발생하는 디스크 주위의 비정상 속도를 계측하여 유동특성을 실험적으로 고찰하였다. 순간유동장을 분석한 결과를 기존의 압력변동을 측정한 연구 결과에 비교 검토한 결과 슬라이드 밸브 급폐쇄에 따른 속도변동이 크게 나타나는 시간구간은 0.1초 이내이고 주기는 0.12초로 추정되었다. 또한 원관 내부의 디스크 주위유동은 상부부터 폐쇄되면서 유로가 좁아져 순간적으로 빠르게 하류로 진행하였으며 폐쇄직후에 역류하는 속도의 크기는 4/120초까지 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 그리고 완전 폐쇄 후 상류 측으로 역류하는 흐름의 영향으로 y/D=0.2 하부 영역에 역류하는 속도성분이 나타났으며, y/D=0.7, x/D=-0.3의 근방에서 0.2D 크기의 회전와류가 관찰되었다.

변동풍속 하에서 사장교의 공탄성 응답을 평가하기 위한 시간영역 해석기법을 제시하였다. 시간영역 해석법에서 중요하게 다루고 있는 두 가지 사항을 동시에 고려하였다. 첫째는 인공적으로 생성된 변동풍속의 공간분포 특성이며 둘째는 비정상 공기력의 주파수 의존성이다. 이 두 특성은 기존 논문에서도 개별적으로 검토된 바 있지만, 본 연구에서는 이를 동시에 고려함으로써 기존 개별 논문에 비하여 시간영역 공탄성 해석 결과가 실교량의 거동을 보다 정확히 구현할 수 있도록 하였다. 실교량을 대상으로 이와 같이 두 특성을 고려한 시간영역 해석결과를 도출한 뒤, 이 두 특성을 비교적 쉽게 반영할 수 있는 주파수영역 해석법의 결과와 비교함으로써 제안된 공탄성 해석법이 타당한 결과를 줌을 입증하였다. 이를 통하여 향후 장대교량의 제진 설계나 비선형 공탄성해석에 활용될 수 있는 시간영역 해석법을 제시하였다.

전단류 조건에서 비정상공기력 및 플러터계수를 분석한 결과 첫째, 연직으로 진동하는 구조물의 경우, 전단계수가 증가함에 따라 항력의 진폭은 증가하고, 양력은 아랫방향으로 피칭모멘트는 반시계 방향으로 증가하는 경향을 보인다. 둘째, 회전 진동하는 구조물의 경우, 전단계수가 증가함에 따라 항력은 일정한 진폭의 조화진동이 점차 진폭이 큰 주진동과 진폭이 작은 부진동으로 분리되는 현상을 보인다. 셋째, 전단류가 양력 및 피칭모멘트와 같은 동적공기력의 진폭 및 위상에는 큰 영향을 미치지 않기 때문 에 전단류가 플러터계수에 미치는 영향은 미미한 것으로 분석되었다.

This experimental study was performed to investigate internal flow and unsteady flow characteristics using a model for actual shape of a Plate heat exchanger and visualization of flow through the particle image velocimetry. Seven Reynolds numbers were selected by calculation with the height of grooved channel and sectional mean velocity of inlet flow in the experiment, and instantaneous velocity distributions and flow characteristics were experimently investigated. The triangular grooved channel had a compound flow consisting of the flow in lower channel and the groove flow receiving shear stress by the channel flow in the experiment. The sheared mixing layer, in the boundary between the triangular groove and the channel. affected main flow to raise turbulent in the channel.

복합지형을 지나는 박리흐름(separated flows)들이 와도 이론에 의해 모델링 되었다. 흐름은 비회전성 및 비점성으로 가정하였으며, 선형 시어흐름에 대한 유선함수를 결정하기 위해 새로운 기법이 기술되었다. 지형지물의 형태로는 snow cornice과 backward-facing step을 정의하였으며, 이러한 지형지물의 후미에는 유체의 박리현상과 역류현상(reattachment)이 생긴다. 유체의 박리현상이 지형지물의 가장자리에 발생되게 하기 위해 점 와도를 흐름에 발생시켰고, 지형지물의 가장자리에 있는 뾰족한 부분을 완화하고 최대곡률 부근에서의 섭동운동에 중요한 박리흐름 발생지점의 구속조건을 없애기 위해 conformal mapping을 수정하였다. 와도 발생지점에서 와도를 평형으로부터 이동시키거나, 또는 임의의 섭동을 초기흐름에 가하는 방식으로 섭동을 가하여 비정상흐름을 발생시켰다. 박리지점의 풍상측에서 연속적으로 방출되고, 또한 bubble의 이차순환에 의해 변형된 물질의 궤적들이 수치적으로 적분되었으며, 시간에 대한 농도누적이 역류지점의 풍하측 고정된 지점에서 계산되었다. 본 연구에 사용된 모델은 방출물질의 확산형태와 간헐성을 제대로 다룰 수 있음을 알 수 있으며, 이산적인 방법에 의한 다중-와도모델 및 수치모델의 결과들과도 일치한다. 본 연구에 의하면, 박리 및 역류현상이 있는 유체의 흐름 속에 순환하는 bubble들의 비정상상태(unsteadiness)는 풍하측에서 대규모의 고농도 누적을 일으키는 주요 원인이다.

일차원 부정류 해석의 수치해석모형을 만들기 위하여 Preissmann형의 Implicit법을 Saint venant식에 도입하였으며 모형의 안정성과 정도에 관하여 검토하였고 수치실험을 실시하였다. 1. 보조관계식을 도입함으로써 Double Sweep알골이즘을 사용할 수 있었다. 2. 계산결과의 안정성과 정도에 큰 영향을 주는 인자는 δt/δx 및 θ인 바 δt/δx은 1보다 너무 크거나 작은 경우를 피해야 하며 0.6〈θ〈1.0일 때 무조건 안정이다. 3. 마찰계수와 θ치를 적절히 조절하여 실제흐름에서의 에너지 소멸과 같은 효과를 얻게 됨으로써 이 모형은 일차원 부정류흐름의 해석에 있어 매우 유용함을 확인할 수 있었다. 4. 앞으로 실측자료에 의한 보정과 더불어 지류와 합류가 있는 하천 수계에 대한 System해석모형 또는 해안에서의 장파에 대한 일차원 해석모형 등의 개발에 응용될 수 있다.

관망의 해석은 관망의 설치, 운영에서 매우 중요한 요소이다. 이를 위한 연구 방법은 1차원 모형과 3차원 모형이 있으나 각각은 정확도와 계산속도의 면에서 관망 해석에 장점과 한계점을 보인다. 2차원 모형의 경우 1차원 모형과 달리 난류 점성을 이용하여 보다 정확한 마찰을 모의할 수 있게 하는데, 이때 사용되는 난류 점성을 모의하는 모형은 Five-Region Turbulence Model을 이용하였다. 그러나 이들 모형에 사용되는 매개 변수들은 실험에 의한 값이기 때문에 이러한 매개변수에 따른 2차원 부정류 해석 방법의 응답 특성을 알아보았다. 이를 위해 실제 상수관망에서의 수격압 데이터와 부정류 해석 모형으로 부터의 수격압 데이터를 비교하고, 다양한 매개변수에 따른 속도 분포 모의 특성을 조사하였다. 이를 통해서, 난류 해석 모형의 마찰 거동과 매개변수와의 관계를 규명하였다.

도시화가 진행되면서 불투수층 증가와 여름철 집중호우로 홍수피해가 커지고 있다. 6~9월의 집중적 강수피해를 줄이면서 비 홍수기에는 대규모 생태공원 등 편의시설을 만들어 친환경적인 요소를 결합한 강변저류지에 관심이 모아지고 있다. 일반적으로 부정류 흐름모의는 1차원 HEC-RAS로 사용하며 강변저류지가 있는 하도에서의 부정류 흐름 수치모의를 통하여 홍수조절효과 분석도 HEC-RAS로 이루어지고 있다. 때문에 본 연구에서는 강변저류지의 홍수저감 능력을 평가하기 위해 FLUMEN 모형으로 부정류 흐름을 이용하여 2차원 모의를 수행하였고 1차원 HEC-RAS로 모의한 결과와 비교, 분석하여 2차원 모형의 적용성을 검토하였다.

화재로 인한 건축물 구조부재의 파괴는 추가적인 경제적 손실과 인명피해를 가져오기 때문에 화재에 대한 구조부재의 안전성은 매우 중요하다. 화재에 노출된 철근콘크리트 구조부재의 경우, 부재의 열전도도에 따라 내부 온도가 상승하고 부재의 하중저항강도와 강성이 저하된다. 철근콘크리트 부재의 화재에 대한 구조성능 확보 여부는 일반적으로 표준화재실험을 통하여 입증한다. 콘크리트의 열전도도는 온도에 따라 변하기 때문에 20℃, 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 500℃, 600℃ 700℃, 800℃ 열적 정상상태의 콘크리트 블록을 이용하여 측정한다. 본 연구에서는 철근콘크리트 기둥의 화재에 대한 구조성능 확보 여부를 확인하기 위한 표준화재실험으로부터 얻어지는 열적 비정상상태의 일차원 온도분포 시간이력으로부터 콘크리트의 열전도도를 추출하는 방법을 제안하였다. 표준화재실험으로부터, 기둥의 표면에서 중심까지의 온도분포 시간이력을 얻었다. 콘크리트의 온도에 따른 열전도도 k(T)=α{(T/120)²-T/60+200}에 대하여 다양한 α값으로 온도분포 시간이력을 수치해석 하였고, 실험결과와 가장 오차가 작게 발생하는 α값을 결정하였다. 결정된 콘크리트의 온도에 따른 열전도도는 20℃, 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 500℃, 600℃ 700℃, 800℃ 열적 정상상태의 콘크리트 블록에서 측정된 콘크리트의 열전도도와 비교하였고, 제안된 수치해석에 의한 열전도도 산출방법이 유효함을 입증하였다.

이상기후와 집중호우로 인한 도심지 내의 홍수피해 위험성이 점차 증가하고 있는 상황에서 우수처리시설의 성능향상을 통한 치수안전도를 향상시키려는 다양한 노력이 시도되고 있다. 도심지에 우수를 처리하는 배수통문, 통관 및 빗물펌프장에 대한 치수능력 증대사업이 진행되고 있지만, 도심지역의 특성상 추가시설을 위한 부지확보 방안에 어려움을 겪고 있는 상황이다. 빗물펌프장의 경우에는 토출량의 증대를 위하여 빗물펌프의 용량을 증대하고나 추가 펌프 설치를 고려하여 시설물 증대사업을 추진하고 있다. 펌프수의 증가를 통한 토출량 증대방안은 추가적인 부지확보가 필요하므로, 기존 펌프토출량 증대를 통한 치수안전도 향상을 설계단계에서 많이 고려하고 있다. 펌프용량 증설 설계단계에서는 흡수정 내에서 발생하는 흐름특성을 분석하고 vortex 발생을 억제하여 기계설비에 미치는 영향을 최소화하고, 흡입효율이 저하되지 않도록 하여야 한다. 기존 연구를 살펴보면, 흡수정 조건에 따라 vortex 발생여부를 판단하고 vortex를 저감할 수 있는 방안을 적용하는 연구가 수행되었다. 이와 같은 vortex 형성 여부는 정상상태의 흐름조건에서 vortex의 발생여부를 판단하는 것으로서, 홍수시 변화하는 내외수 조건에 의한 흐름특성을 구현하기에는 부족한 점이 있다. 이에 본 연구에서는 흡수정으로 유입되는 유입량과 토출량 변화에 따른 흡수정 내의 흐름특성 변화를 모의하고 기존 정상 상태 연구와의 차이점을 비교하였다.

낙동강 본류에 위치한 8개보의 수문 및 하구둑 배수문의 홍수시 운영방안을 내부경계로 포함하는 부정류 계산모형을 개발하였다. 보의 운영방안으로는 보 수위가 어떤 기준수위보다 낮으면 수문을 폐쇄하고 기준수위 이상이면 수문을 개방하되, 수문개도는 보 수위와 기준수위의 차에 비례하도록 하는 방안이 적용되었다. 하구둑의 경우 외조위가 하구둑 내수위보다 높으면 수문을 폐쇄하되, 창녕함안보 통과유량을 기준으로 기존 및 증설 배수문을 개방하는 현재의 운영방안과 8개 보의 경우와 동일한 방법으로 개도를 결정하는 새로운 운영방안 등 2개의 운영방안을 적용할 수 있도록 하였다. 개발된 계산모형을 적용하여 2003년 9월 홍수에 대한 모의계산을 수행하였다. 새로운 하구둑 운영방안의 매개변수에 대한 민감도를 분석하였으며, 기존의 운영방안을 적용할 경우의 계산결과와의 비교 분석을 수행하였다.

이 논문에서는 관망시스템의 마찰항을 보정하기 위해서, 부정류 마찰 모형과 Levenberg Marquardt 방법을 합성하였다. 부정류 마찰항을 고려하기 위한 방법으로 빈도 의존 마찰항을 사용하였으며, 특성선 방법을 모형 개발의 기반으로 하였다. 최적화에 필요한 Hessian과 Jacobian 행렬을 구하기위해서 수압을 직접 마찰항에 미분한 항을 계산하였으며, 특성선 방법상에서의 다양한 수압과 유량에 대한 마찰계수의 민감도를 수식으로 유도하였다. 간단한 관망을 가정한 뒤, 갑작스런 밸브의 거동으로 도입된 수압의 시계열을 확보하였고, 이를 이용하여 정상류 마찰 모형과 부정류 마찰모형의 마찰항 보정을 수행하였다. 제안된 방법과 진화 연산 알고리즘의 마찰항 수렴거동을 비교하였으며, Leveberg Marquardt방법의 안정적이고 신속한 수렴결과를 확인하였다.

시간에 따른 하도의 수위 및 유량 변화에 영향을 많이 받는 수리구조물의 설계에 있어서 부정류 흐름 해석은 반드시 필요하다. 일반적으로 부정류 흐름 해석에는 수치모형이 많이 활용되고 있으나 수치모형의 검·보정을 위한 현장 자료의 획득이 어려운 경우가 많다. 또한 자료구축이 가능하더라도 인력과 비용이 많이 소모되며, 측정 정확도를 신뢰하기 어려운 경우가 많다. 이러한 경우 수치모형의 검·보정을 위해 부정류 수리실험을 통해 획득되는 자료를 활용하는 것이 대안이 될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 형태의 부정류 수문곡선을 실험에서 재현할 수 있는 유량공급장치를 개발하고자 하며, 개발된 부정류 유량공급장치를 이용하여 수리실험 수로에서 재현되는 수문곡선과 목표 수문곡선을 비교 분석함으로써 재현 정확도를 정량적으로 평가하고자 한다. 본 연구에서는 유량이 급격하게 증가 또는 감소하는 사각형 형태, 첨두유량 발생 시간이 짧은 삼각형 형태 및 일반적인 홍수 수문곡선 형태의 종(bell) 형태 수문곡선을 대상으로 재현 오차 및 Root Mean Square Error (RMSE)를 분석하였다. 재현 정확도 분석 결과, 사각형 형태의 수문곡선 재현 오차는 약 59% 정도로 가장 크게 나타났으며, 삼각형 형태의 수문곡선은 단일첨두와 이중첨두 형태 모두 약 10% 정도의 재현 오차가 나타났지만 홍수 수문곡선 형태인 종 모양의 수문곡선의 재현 오차는 최대 2% 이내인 것으로 나타났다.