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격자 볼츠만 방법을 이용한 미소채널 내에서의 층류 유동에 대한 표면 거칠기의 영향
신명섭(Myung-Seob Shin),윤준용(Joon-Yong Yoon),변성준(Sung-Joon Byun),김각중(Kak-Joong Kim) 한국유체기계학회 2006 유체기계 연구개발 발표회 논문집 Vol.- No.-
Surface roughness is present in most of the microfluidic devices due to the microfabrication techniques. This paper presents lattice Boltzmann method (LBM) results for laminar flow in a microchannel with surface roughness. The surface roughness is modeled by an array of rectangular modules placed on top and bottom side of a parallel-plate channel. In this study, LBGK D2Q9 code in lattice Boltzmann Method is used to simulate flow field for low Reynolds number in a micro-channel. The effects of relative surface roughness, roughness distribution, roughness size and the results are presented in the form of the product of friction factor and Reynolds number. Finally, a significant increase in Poiseuille number is detected as the surface roughness is considered, while the effect of roughness on the microflow field depends on the surface roughness.
종횡비에 따른 공동형상 내부에서의 혼합특성에 관한 수치적 연구
신명섭(Myung Seob Shin),양승덕(Seung Deok Yang),윤준용(Joon Yong Yoon) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集B Vol.39 No.1
본 연구에서는 유한차분법(FDM)을 적용한 혼성 격자볼츠만 방법(HLBM)을 이용하여 직사각 형태를 갖는 공동형상 내 혼합특성에 대하여 수치적으로 연구하였다. 유동장은 다중 완화시간을 적용한 격자볼츠만 방법(LB-MRT)을 사용하였으며, 농도장은 두 물질의 질량은 같고 두 물질 사이의 상호작용이 없다고 가정한 Passive Scalar 방법을 사용하였다. 먼저, 정사각형과 종횡비가 2인 직사각형의 공동형상내 유동해석 결과를 기존의 신뢰성 있는 연구결과와 비교하여 HLBM의 신뢰성을 검토하였다. 이를 토대로 다양한 종횡비를 갖는 공동형상에서 Pe수를 변화시키며 공동형상 내부에서의 혼합특성과 물질전달 형태에 대하여 파악하였다. This study numerically examined the mixing characteristics of rectangular cavity flows by using the hybrid lattice Boltzmann method (HLBM) applied to the finite difference method (FDM). Multi-relaxation time was used along with a passive scalar method which assumes that two substances have the same mass and that there is no interaction. First, we studied numerical results such as the stream function, position of vortices, and velocity profile for a square cavity and rectangular cavity with an aspect ratio of 2. The data were compared with previous numerical results that have been proven to be reliable. We also studied the mixing characteristics of a rectangular cavity flow such as the concentration profile and average Sherwood number at various Pe numbers and aspect ratios.
신명섭(Myung-Seob Shin),이상일(Sang-Il Yi),박경진(Gyung-Jin Park),윤준용(Joon-Yong Yoon) 한국유체기계학회 2007 유체기계 연구개발 발표회 논문집 Vol.- No.-
The pump control valve is a butterfly valve that has an eccentric rotating axis. It is not only used as a butterfly valve to control the flow rate or pressure, but also as a check valve to prevent backward flow. A new design of eccentric rotating axis is proposed to design the valve. The height of the rotating axis is determined through flow field analysis. A general purpose of computational fluid dynamics software system, Fluent is used to simulate the fluid flow. Flow field analysis is performed for various heights of the rotating axis and different opening angles of the valve. A characteristic function is defined for estimating the flow characteristics based on the results of flow field analysis. The characteristic function is defined in order to determine the height of the rotating axis. An optimization problem with a characteristic function is formulated to determine the amount of eccentricity. The height of the rotating axis of the valve is determined through solving the optimization problem.
버터플라이 밸브의 디스크 형상에 따른 구조 안정성에 관한 연구
신명섭(Myung-Seob Shin),윤준용(Joon-Yong Yoon),박인원(In-Won Park),이성환(Seoung-Hwan Lee),박한영(Han-Yung Park),정승화(Seung-Hwa Jung) 한국유체기계학회 2009 유체기계 연구개발 발표회 논문집 Vol.2009 No.-
Butterfly valves are widely used in current industry to control the fluid flow. They are used for both on-off and throttling applications involving large flows at relatively low operating pressure especially in large size pipelines. For the industrial application of butterfly valves, it must be ensured that the valve could be used safety under the fatigue life and the deformations produced by the pressure of the fluid. In this study, we carried out the structure analysis of the body and the valve disc of the butterfly valve and the numerical simulation was performed by using ANSYS Workbench. The reliability of valve is evaluated under the investigation of the strain rate, the leak test and the durability of the valve.
혼성 격자볼츠만 방법을 이용한 공동 형상 내부에서의 혼합 특성에 관한 수치적 연구
신명섭(Myung Seob Shin),전석윤(Seok Yun Jeon),윤준용(Joon Yong Yoon) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.7
본 연구에서는 혼성 격자볼츠만 방법(HLBM)을 이용하여 상판이 일정한 속도로 움직이는 공동 형상 내부에서의 혼합 특성에 대하여 수치적으로 연구하였다. 먼저, 공동 형상에서 기존의 신뢰성 있는 유동장 결과와의 비교를 통해 LB-SRT 모델과 LB-MRT 모델의 신뢰성을 검토하였다. 두 모델 모두 기존의 연구결과와 유사한 결과를 보였으나, LB-MRT 모델이 LB-SRT 모델보다 높은 Re수에서는 수치적 안정성이 높은 것을 확인하였다. 수치적 안정성이 좋은 LB-MRT 모델을 토대로 유한차분법을 적용한 HLBM을 이용하여 공동 형상 내부에서의 농도장을 수치 해석하였다. Re수와 Pe수를 변화하여 공동 형상 내부의 혼합 특성과 물질 전달 형태에 대하여 파악하였다. In this study, the mixing characteristics in lid-driven cavity flows were studied numerically by using a hybrid lattice Boltzmann method (HLBM). First, we compared the numerical results from single-relaxation-time (LB-SRT) and multi-relaxation-time (LB-MRT) models to examine their reliability. In most of the cavity flow, the results from both the LB-SRT and the LB-MRT models were in good agreement with those using a Navier?Stokes solver for Re=100?5000. However, the LB-MRT model was superior to the LB-SRT model for the simulation of higher Reynolds number flows having a geometrical singularity with much lesser spatial oscillations. For this reason, the LB-MRT model was selected to study the mass transport in lid-driven cavity flows, and it was demonstrated that mass transport in the fluid was activated by a recirculation zone in the cavity, which is connected from the top to the bottom surfaces through two boundary layers. Various mixing characteristics such as the concentration profiles, mean Sherwood (Sh) numbers, and velocity were computed. Finally, the detailed transport mechanism and solutions for the concentration profile in the cavity were presented.
격자볼츠만 아격자 모델을 이용한 난류 경계층 내에서의 오염물질 확산에 대한 수치적 연구
신명섭(Myung Seob Shin),변성준(Sung Jun Byun),김준형(Joon Hyung Kim),윤준용(Joon Yong Yoon) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集B Vol.35 No.2
격자볼츠만 방법(LBM)을 이용하여 난류 경계층에서의 오염물질 확산에 대하여 수치계산을 수행하였다. 난류 경계층 내의 유동을 모사하기 위하여 격자볼츠만 방법에 Smagorinsky 아격자 모델을 적용한 LB-SGS 모델을 사용하였으며, 오염물질의 확산을 모사하기 위하여 Passive-scalar 방법을 적용하였다. LB-SGS 모델의 신뢰성 검증을 위하여 Fackrell & Robins(1982)과 Raupach & Legg(1983)의 실험 조건과 동일한 조건하에서 수치계산을 수행하였고, 수치계산으로 얻어진 농도 분포를 실험값과 비교하였다. 이 결과로부터 LB-SGS 모델이 난류 경계층 내에서의 오염물질의 농도분포를 예측하는데 적합한 모델임을 알 수 있었다. The dispersion of a pollutant in a turbulent boundary layer has been described in this study by using a two-dimensional lattice Boltzmann method (LBM) and the Smagorinsky sub-grid-scale (SGS) model. The scalar transport equation corresponding to the pollutant concentration is adopted; the pollutant is considered to be in a continuous phase. The pollutant source is classified as ground-level source (GLS) and elevated-point source (ES). Air velocity and particle concentration profile for the pollutant are compared with the respective results and profiles obtained in the experiments of Fackrell and Robins (1982) and Raupach and Legg (1983). The numerical results obtained in this study, i.e., the simulation and the experimental data for the mean flow velocity profiles and the pollutant concentration profiles, are in good agreement with each other.
격자 볼츠만 방법을 이용한 미소 채널에서의 가스 유동에 대한 표면 거칠기 영향
신명섭(Myung-Seob Shin),윤준용(Joon-Yong Yoon),최대진(Dae-Jin Choi),변성준(Sung-Joon Byun) 대한기계학회 2005 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2005 No.11
Surface roughness is present in most of the microfluidic devices due to the microfabrication techniques. This paper presents lattice Boltzmann method (LBM) results for gas flow of low Reynolds number. surface roughness is modeled by a zigzag array of rectangular modules placed on two sides of a parallel-plate channel. In this study, passive scalar code in lattice Boltzmann Method is used to simulate temperature field for gas flow of low Reynolds number in a microchannel. The results show significant effects of temperature field and surface roughness in the term of the roughness element height. Finally, a significant increase in Poiseuille number is detected as the surface roughness is considered, while the effect of roughness on the temperature field is depends on the surface roughness height.
신명섭(Myung Seob Shin),변성준(Sung Jun Byun),윤준용(Joon Yong Yoon) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集B Vol.34 No.5
본 연구에서는 격자볼츠만 방법(LBM)을 이용하여 미소채널 내의 유동이 완전 발달 층류유동일 때, 미소 채널 내에서의 표면 거칠기 영향에 대하여 수치계산을 수행하였다. 미소채널 내에서 표면 거칠기의 영향을 분석하기 위하여 표면 거칠기의 높이(ε), 폭(w), 간격(s)을 조절하여 미소채널에서의 마찰계수(f), 포와이즈수(Po)와 거시적 이론값과 비교하였다. 미소채널에서의 표면 거칠기의 높이가 증가함에 따라 거시적 이론값(Po=24)에 비해서 수치해석으로부터 예측된 값(25 Po 29)이 높게 나타났으며, 표면 거칠기의 폭과 간격은 표면 거칠기의 높이에 비해 미소채널 내부 유동의 변화에 큰 영향을 주지 않는 것을 알 수 있었다. 이 결과로부터 미소채널 내부 유동에서는 표면 거칠기의 영향으로 거시적 층류유동과는 다른 유동현상이 나타난다는 것을 알 수 있었다. In this paper, lattice Boltzmann method(LBM) results for a laminar flow in a microchannel with rough surface are presented. The surface roughness is modeled as an array of rectangular modules placed on the top and bottom surface of a parallel-plate channel. The effects of relative surface roughness, roughness distribution, and roughness size are presented in terms of the Poiseuille number. The roughness distribution characterized by the ratio of the roughness height to the spacing between the modules has a negligible effect on the flow and friction factors. Finally, a significant increase in the Poiseuille number is observed when the surface roughness is considered, and the effects of roughness on the microflow field mainly depend on the surface roughness.