전산유체해석을 활용한 미생물연료전지 산화전극부 유동해석

유재철 ( Jae-cheul Yu ),김홍석 ( Hong-suck Kim ),김병군 ( Byung-goon Kim ),김지연 ( Ji-yeon Kim ) 한국환경기술학회 2012 한국환경기술학회지 Vol.13 No.4

다양한 조건을 대상으로 직접 실험을 통해 최적화된 미생물연료전지(Microbial Fuel Cell; MFC)구조를 결정하고, 설계하기 위해서는 많은 시간과 노력이 소요된다. 따라서, 본 연구에서는 전산유체해석(Computational Fluid Dynamics; CFD)을 이용하여, 다양한 내부구조에 따른 산화전극부내 유동해석을 실시하였다. HRT 2시간 조건으로 전산 모사한 결과, 실험실 조건에서는 L4의 사공간 비율(16.8%)이 상대적으로 낮게 나타났으나, 파일럿 조건에서는 P1의 사공간 비율(39%)이 상대적으로 낮게 나타났다. 격막의 구조를 달리하여, 개수를 증가한 MP1(격막의 개수 18개)의 사공간 비율(20%)이 가장 적은 것으로(80%) 나타났다. 하지만, CFD 결과만으로 최적의 구조를 선정하는 것에는 한계가 있다. 따라서, 추가적인 연구를 통해서, 신뢰성 있는 자료를 확보한다면, 향후, MFC 설계 기초 자료로서 활용할 수 있을 것으로 기대된다. It is required a lot of time and effort to decide and design a optimum microbial fuel cell (MFC) configuration through various experiments. In this study, Fluid performance in anodic compartment was analyzed by computational fluid dynamics. At HRT of 2 h, L4 showed lower the ratio of dead space (16.8%) than the ratio of other configurations in lab-scale. However, P1 showed lower the ratio of dead space (39%) than the ratio of other configurations (53-81 %) in pilot-scale. MP1 with a different type of baffle (18 baffles) showed the lowest dead space of 2%. However, it is limited to select the MFC configuration with only CFD analysis. Thus, it would be used as fundamental data for MFC design, if we get relevant information through further studies.

SCR 전처리 공정 사이클론 내부의 전산입자유체해석 연구

서준형,김양수,김영진,조계홍,조진상 한국에너지학회 2023 에너지공학 Vol.32 No.2

본 연구에서는 시멘트 공정 내 선택적촉매환원법(Selective Catalytic Reduction, SCR) 적용을 위해 4,000 Nm3/hr 급 배기가스 전처리 공정의 전산입자유체해석을 수행하였다. 수치 해석은 화학반응이 없는 350 ℃의 isothermal 조건에서 실제 운전조건을 기반으로 사이클론 내 유체 및 입자 장입량, 입자 입도 분포, 압력 등의 해석 조건을 설정하여 분석하였다. 분석결과 현재 설정된 사이클론 집진효율은 55% 내외이지만 분진 입도, 유속, 집진기의 내경에 따른 인입구, 경계조건 등을 변경하여 실공정에 적용할 경우 보다 높은 효율을 달성할 수 있을 것으로 판단된다.

유체-구조 연성 해석을 통한 발리스의 구조 안전성 분석

장홍래,박종환,조민성,신덕호,채은경 한국철도학회 2024 한국철도학회논문집 Vol.27 No.2

As part of the national railway network construction plan, the foundation for high-speed train operation is being promoted. If train speed increases, wind load caused by train wind may increase, resulting in permanent deformation or damage to ground devices installed on existing track. So, wind load and structural analysis according to the train operation speed are required. In this study, flow analysis (CFD) was performed on the train and on one ground device, the balise, to numerically calculate the pressure acting on the balise and the flow rate around the balise. Flow analysis was performed at the location of the balise and on the operation speed of the train to confirm the flow velocity around the balise and the pressure acting on the balise. In addition, results of the flow analysis were set as boundary conditions for the structural analysis, and the stress analysis of a balise under wind load was performed.

에어포일 공력 성능 테이블의 자동생성을 위한 GUI 환경의 프로그램 개발

김태우(Taewoo Kim),이관중(Kwanjung Yee),이재원(Jaewon Lee),채상현(Sanghyun Chae),오세종(Sejong Oh) 한국항공우주학회 2007 韓國航空宇宙學會誌 Vol.35 No.8

본 연구에서는 헬리콥터 하중 해석을 위한 통합해석코드에서 사용되는 에어포일의 공력 성능 테이블 작성 자동화를 위한 CUI 프로그램을 개발하였다. 개발 후 상용화를 위해 PC 환경에서 사용이 보편화 되어 있는 윈도우 운영체제 기반으로 프로그램을 개발하였다 또 한, 별도의 과정을 거치지 않고도 계산 과정 및 생성된 격자 표시등의 결과를 확인할 수 있는 후처리 기능을 포함하여 사용자의 편의를 도모하였다. 기 검증된 기존의 전산유체역학 코드를 기본으로 하여 다양한 받음각과 마하수 영역에서 공력해석이 자동적으로 수행 되도록 하였으며, 계산 격자는 에어포일 표면 좌표가 입력되면 자동으로 생성되도록 하였다. FORTRAN 으로 작성된 전산유체역학 코드를 별도의 변환 과정 없이 C++ 기반의 CUI 프로그램과 연동시키기 위하여 Mixed-Language 기법을 사용하였다. This paper describes the development procedure of GUI Program for the automated generation of airfoil performance table used in helicopter comprehensive code. Considering commercialization, the program is developed based on the Windows operating system. In addition, it is aimed to enhance user′s convenience by including embedded postprocessor which enables real-time display of calculation procedure and grid system Using the validated CFD code, the aerodynamic analyses are automated for a given range of Mach number and angles of attack. The computational grid system is designed to generate automatically once the surface coordinates are given. Mixed-Language scheme is employed in order to combine the CFD code in Fortran with C++ based GUI program, which makes the time-consuming code conversion unnecessary.

무인항공기용 덕티드팬 블레이드의 유체/구조 연성 해석

김우택,최현민,류민형,이지형,조이상,조진수 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.4

본 연구는 블레이드 주위를 링으로 감싸 회전하는 “팁마운티드 블레이드”의 유동특성에 따른 구조적 안정성을 평가하기 위해 단방향 유체-구조 연성해석(Fluid-Structure Interaction, FSI)을 수행하였다. 덕티드팬의 순항 및 이륙시의 공력하중을 구조해석에 적용하였다. 덕티드팬 블레이드는 폴리카보네이트로 제작되는 것을 가정하여 구조해석을 수행하였다. 최대응력 및 최대변위를 분석하여 구조적 안정성을 평가하였다. 일반적인 프로펠러와는 달리 최대변위가 스팬의 중간지점에서 발생하였으며, 등가최대응력은 익근과 익단부위에서 발생하는 것을 확인하였다. 폴리카보네이트의 물성을 적용했을 때 안전율이 안정적인 것으로 평가되었다. FSI analysis is performed to evaluate a structural stability of the tip mounted blade, that is wrapped by the ring, for the ducted fan. The aerodynamic load of ducted fan is adopted to structural analysis at cruise and take off condition. The material property of the polycarbonate is applied for the ducted fan. Structural stability is evaluated using the equivalent maximum stress and the maximum displacement. Unlike typical propeller, the maximum displacement occurs at the midpoint of the span. The equivalent maximum stress was confirmed that generated on the tip and root. Safety factor when applying the physical properties of polycarbonate were evaluated to have been stabilized.

전산공력소음해석을 통한 UH-60 제자리비행 공력소음 연구

박남은(N.E. Park),우철훈(C.H. Woo),최건묵(G.M. Choi),김철호(C.H Kim),이석준(S.J. Yee) 한국전산유체공학회 2009 한국전산유체공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.4

The helicopter development technology is improved by the increasing of computing power and advanced test facilities. The increasing efficiency of fuel consuming by the developing of improved lift-to-drag rotor system is the major issue, the noise reduction for ecology(civil area) and increase of survivability to reduce noise detection(battlefield) also are important. This investigation shows the helicopter external noise flight test methods, conventional military helicopter's(UH-60) experimental results and the numerical modeling method for aero-acoustic of rotor blade and the result of CAA(Computalional Aero-Acoustic) for main rotor blade.

메쉬없는 CFD 시뮬레이션에 의한 저층 건축물 외피 마감을 위한 풍압계수에 관한 분석

정영배(Chung, Yung-Bea) 한국주거환경학회 2014 주거환경(한국주거환경학회논문집) Vol.12 No.3

A simulation for computational fluid dynamics is carried out to predict wind pressure coefficients for cladding. The simulation is carried out against a low-rise building for cladding and the results are compared with the field data, wind tunnel experimental data, and those obtained by the computational simulation using CFD by means of Smoothed-particle hydrodynamics(SPH). SPH is a computational method used for simulating fluid flows It is a mesh-free Lagrangian method, and the resolution of the method can easily be adjusted with respect to variables such as the density. The CFD simulation by means of the mesh-free Lagrangian method based on SPH was used a commercial tool. It is found that the predicted wind coefficients agree well with the reference data. According to thus results, it is compared and analyzed the wind pressure coefficients over low-rise building for cladding.

미세 그루브가 있는 무한폭 Slider 베어링의 윤활해석:제3보 - 그루브 형상의 영향

박태조,장인규 한국트라이볼로지학회 2020 한국윤활학회지(윤활학회지) Vol.36 No.4

Fluid film bearings are among the best devices used for overcoming friction and reducing wear. Surface texturing is a new surface treatment technique used for processing grooves and dimples on the lubricated surface, and it helps to minimize friction further and improve the wear resistance. In several studies, parallel surfaces, such as thrust bearings and mechanical face seals, have been investigated, but most sliding bearings have a convergent film shape. This paper presents the third part of a recent study and focuses on the effect of the groove shape on the lubrication performance of inclined slider bearings, following the two previous papers on the effects of the groove position and depth. We adopted the continuity and Navier – Stokes equations to conduct numerical analyses using FLUENT, which is a commercial computational fluid dynamics code. The groove shape adopted in the numerical analysis is rectangular and triangular, and its depth is varied. The results show that the streamlines, pressure distributions, and groove shape significantly influence the lubrication performance of the inclined slider bearing. For both shapes, the load-carrying capacity (LCC) is maximum near the groove depth, where vortices occur. In the shallow grooves, the LCC of the rectangular shape is higher, but in deeper grooves, that of the triangular shape is higher. The deeper the rectangular groove, the higher the decrease in the frictional force. The results of this study can be used as design data for various sliding bearings.

전산유체해석을 이용한 대규모 아트리움의 열고임 분석

황동곤(Dong Kon Hwang),주덕훈(Deok Hoon Ju),채규호(Kyu Ho Chae) 대한설비공학회 2020 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2020 No.6

전산유체역학(CFD)을 활용한 치악산 자연휴양림의 산불 및 연기전파 모델 분석

김재경(Jaekyoung Kim),강준석(Junsuk Kang) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.5

본 연구는 치악산 자연휴양림에서 산불의 확산 경로, 도달시간과 확산 양상을 분석하였다. 산지 지형으로 발생하는 유동장분석과 연소모델 생성을 위해, 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 프로그램인 Simcenter STAR-CCM+를 활용하였다. 도메인의 크기는 16 km2로 생성하고, 제 1 캠핑장에서 발화가 시작되는 것을 가정하였다. 모델 격자는 약 600만 개가 생성되었으며, 시뮬레이션이 시작된 후 1시간 동안 온도와 연기의 전파를 분석했다. 시간에 따른 확산 경로 분석을 위해 Implicit Unsteady 해석과, 유동장 분석을 위해서 Molecular Diffusivity 기능을 사용하였다. 본 연구를 통해 도출되는 결과는 다음의 세 가지다. 1) 산불 확산은 풍향 및 산지 지형으로 인한 연돌효과의 영향을 받는다. 2) 캠핑장에서 서쪽 500 m 떨어진 지점까지 산불이확산되는데 소요 시간은 22분 가량이며, 평균 1,200 ℃ 이상의 높은 온도를 보였다. 3) 산불의 인화점(Ignition Point)과 발화점(Flash Point)의 차이에서 발생하는 산불과 연기의 확산 속도는 시간의 변화에 따라 더 빨라졌다. This study analyzed the arrival time and diffusion pattern of a wildfire at Chiak Mountain, Wonju, Korea. Simcenter STAR-CCM+, which is a computational fluid dynamics program, was used to analyze flow fields generated by mountain topography and to create a combustion model. The size of the area under study was 16 km², and ignition was conducted at the first campsite. Approximately six million mesh were generated. The temperature and propagation of soot were analyzed for 1 h after the simulation was started. Implicit unsteady analysis was used for time-dependent diffusion, and molecular diffusivity was used for flow field analysis. The results were as follows. 1) The spread of the wildfire was affected by the stack effect derived from the wind direction and mountain topography. 2) Approximately 22 min were required for the wildfire to spread from the campground to a western point 500 m away, and the average temperature was 1,200 ℃ or higher. 3) The spread of the wildfire and soot caused by the difference between the ignition and flash points of the wildfire became faster over time.