• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2003년도 추계학술발표회
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• pp.532-535
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• 2003

새만금 방조제를 통하여 새만금호로 유입되는 해수 침출수량과 새만금 방조제 내부에서의 해수와 담수 사이의 상호작용 등에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에는, 밀도 차이에 의한 흐름을 고려한 지하수 흐름 지배 방정식과 염류의 분산 및 이송 지배 방정식을 결합시킨 수치해석 모델이 이용되었다. 밀도류를 고려한 경우에는 밀도류를 고려하지 않았을 경우보다 해수 침출량은 다르지 않았으나, 해수 침출면의 길이가 축소되고 유속이 증가하였다. 부정류상태의 해수-담수 경계면은 정류 상태의 결과와 매우 달랐으며, 해수 침출면이 방조제의 하부가 아닌 상부에 존재함을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.105-105
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• 2021

본 연구에서는 2차원 비선형 천수모형과 수심평균된 스칼라 이송모형을 해석하는 수치모형에 대해 기술하였다. 수치모형의 정확성을 보장함과 동시에 안정성을 높이기 위해 유한체적법, 플럭스 재구성 및 minmod 제한자를 사용하였다. 비선형 천수방정식의 이송항과 바닥 경사항은 계산된 수심의 양수 보존과 흐름의 정상 상태를 보장하기 위한 second order well-balanced positivity preserving central-upwind method를 이용하여 수치적으로 이산화되었다. 마찬가지로, 이송-확산 방정식 내 이송항은 동일한 2차 풍상차분법을 통해 수치적으로 풀이하였다. 격자점 경계면에서의 불연속으로 인한 수치진동을 방지하기 위해 이송항의 계산에 포함된 보존항의 차이로 인해 발생하는 스칼라의 수치확산을 최소화하기 위해 무차원의 비소산함수를 도입하였다. 또한, 확산항은 유한차분법을 이용하여 이산화하였다. 제안된 수치모형은 시간미분항의 계산을 위해 오일러 기법을 적용하여 계산된 수심 및 스칼라의 양수 보존여부와 함께 정지된 흐름의 정상 상태의 보존여부를 확인하였다. 제안된 수치모형의 해석 정확성을 평가하기 위해 1, 2차원 공간 내 다양한 흐름 조건에서의 해석해를 이용한 3개의 벤치마크 테스트를 수행하였다. 평균 제곱근 오차(Root Mean Squared Error, RMSE)를 산정하여 수치모형의 성능을 정량적으로 평가하였으며, 비소산함수를 적용함에 따라 스칼라의 수치확산이 감소하게 되었음을 확인하였다. 또한, 세 차례의 벤치마크 테스트 결과는 공통적으로 수치모형에 의해 계산된 결과값이 비소산함수를 고려함에 따라 해석해와 잘 일치함을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.386-386
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• 2015

담수가 해수에서 흘러드는 하구에서는 성층이 관측되며 이것은 난류의 미세구조를 변화시키는 주요 원인으로 작용한다. 이러한 성층화 현상은 하구 내 부유사의 군집인 하구 최대혼탁수(Estuarine Turbidity Maximum, ETM)의 형성에 영향을 주게 된다. 본 연구는 성층의 하구 최대 혼탁수 생성 메커니즘에 관심을 두고 수치모델링을 활용한 미세 난류의 부유사 거동 분석에 초점을 두었다. 성층과 전단응력 사이의 난류 혼합을 대표하는 유동인 켈빈-헬름홀츠 불안정성(Kelvin-Helmholtz Instability)을 도입하고 성층 경계면 근처에서 부유사의 이송을 높은 레이놀즈수(Reynolds number) 유동에서 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes Simulation)보다 다양한 규모의 에너지 획득이 가능하여 미세 난류 구조 재현에 장점을 갖는 Large-eddy Simulation(LES)를 활용하여 모사하였다. 여기에서, 부유사는 주위 유동의 물리적 특성 변화에 영향을 미치지 않는 Passive scalar로 가정하였으며 $6^{th}$-order Lagrangian 다항식 보간법을 적용하여 입자의 이동 속도를 계산하고 이를 시간에 대해 적분함으로써 이동 궤적을 추적하였다. 수치 모델 결과 Lock-exchange 유동 내에서 켈빈-헬름홀츠 불안정성이 발생함에 따라 경계면 주위에 위치한 부유사가 billow 내에서 트랩핑(trapping)되는 것을 보여주어 KH-billow 혹은 braids 내의 미세 난류에 의한 영향이 확인되었다. 본 연구에서는 LES를 활용하여 성층류 및 성층류 내의 부유사 혼합을 모사하여 난류의 정도에 따른 이동 궤적의 차이에 대해서 분석함으로써 성층의 난류 강도 저하에 따른 부유사의 군집으로의 영향에 대해 서술한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권12호
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• pp.1079-1085
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• 2010

평판형 증발부를 갖는 루프히트파이프(LHP)에 대한 정상상태 해석모델을 제시하였다. 관련문헌의 고찰에 기초하여 LHP 의 주요 부분인 증발부, 액체저장조(보상챔버), 증기이송관, 액체이송관 및 응축부에서 온도와 압력을 예측할 수 있도록 계산과정을 제시하였으며, LHP 에서 유일하게 모세관 구조물을 가지는 증발부의 해석에 중점을 두었다. 증발부에서 액체 -기체 경계면 부근에서 압력과 온도의 영향을 고려하기 위해 박막이론을 사용하였으며, 수정된 기체분자운동이론에서 응축경계면 온도를 산정하는데 있어서 독특한 방법을 도입하였다. 응축부에서는 상변화 경계면을 단순화하여 처리함으로써 응축부 형상 변화에 상대적인 융통성을 구비하도록 하였다. 본 연구의 LHP 정상상태 해석 모델은 문헌 상의 실험결과에 의해 타당성이 증명되었다. 해석모델에 의한 예측치는 실험치와 비교할 때 절대온도를 기준으로 최대 상대오차 3% 이내로서 합리적으로 잘 일치하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제9권1호
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• pp.147-157
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• 2005

본 연구에서는 다양한 지층조건과 압밀특성의 변화를 반영하여, 프리로딩 공법 및 연직배수공법을 독립적 혹은 복합적으로 적용했을 경우 발생할 수 있는 연약지반의 압밀거동을 보다 정확히 예측할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 전체적으로는 수직배수만을 고려한 1차원 압밀현상의 예측과 관련된 내용 및 수직배수와 수평배수를 동시에 고려한 축대칭 압밀현상의 예측에 관한 내용을 포함한 압밀해석 프로그램을 개발하였다. 각 조건별 기본 해석알고리즘의 개발과 함께 이질층에 대한 경계면 방정식 및 유효응력을 함수로하는 압밀계수 함수식을 해석기법에 추가하였다. 이를 이용하여 다양한 경계면 조건과 압밀계수의 변화가 압밀현상에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2002년도 추계학술발표논문집
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• pp.260-262
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• 2002

제품의 소재를 미리 테입 형태로 만들어 단면의 경계면을 따라 레이저로 절단하여 적층하는 방식은 제품의 표면에 계단 모양의 무늬가 생기므로 정밀한 제품을 제작하는데 어려움이 있었다. 이를 극복하기 위하여 단면의 경계선을 절단할 때 수직으로 절단하는 것이 아니라 경사면을 따라 절단하여 전체적인 제품의 옆면이 부드럽게 연결되는 경사절단형 임의형상가공시스템을 개발하였다. 이를 위하여 레이저 5축 경사절단기를 개발하였는데, x축과 y축은 상용화되어 있는 x-y table을 이용하였고 z축은 한 개의 z축 이송대를 이용하였다. 롤과 피치를 위하여는 서보모터 두 개를 이용하여 작업대가 회전할 수 있도록 하였다. 이와 같은 레이저 5축 경사절단기를 개발함으로써 시편의 어느 위치에서든 어느 각도로도 절단이 가능하게 할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.220-220
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• 2023

단순한 하상 변동 모형은 단일한 입경으로 구성된 하상재료를 다루는 데에 비해, 실제 하천에서는 다양한 입경의 유사가 섞여있다. 이러한 혼합 입경의 유사 이송을 모의하고자 하면 퇴적층의 생성과 소멸을 어떻게 모의하는지에 대한 기법이 중요해진다. 과거 연구에서는 유수의 영향을 받는 하상 두께가 입도 분포에 따라 다르다고 생각하였다. 반면, 다른 연구들에서는 두께가 합리적인 범위 내에 있다면 모의 결과에 영향을 미치지 않는다고 보고 상수로 설정하였다. 퇴적층의 개수를 어떻게 고려하느냐에 따라서도 모의기법이 나누어진다. 단일한 입경을 모의하는 경우 단일 퇴적층을 고려하지만, 혼합 입경을 고려하는 모형은 크게 2개의 퇴적층(active layer와 non-active layer)으로 나누는 종류와 3개 이상의 퇴적층을 고려하는 모형으로도 나눌 수 있다. 이 연구에서는 혼합 입경의 유사 이송을 모의할 수 있는 전 지형 발달 모형을 활용하여 퇴적층 처리 기법의 차이가 얼마나 모의 결과에 영향을 주는지를 파악하였다. 모의 결과는 기법이 바뀜에 따라 매우 민감하게 변하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 이 연구에서는 3개 이상의 퇴적층을 고려함에 있어서 기존 퇴적층에 새로운 물질이 퇴적되었을 때 경계면에서 입자가 섞이는 mixed layer를 고려하는 개념을 제시한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.161-161
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• 2014

열플라즈마는 주로 아크 방전에 의해 발생시킨 전자, 이온, 중성입자(원자 및 분자)로 구성된 부분 이온화된 기체로, 국소열평형상태를 유지하여 구성입자가 모두 수천에서 수만도에 이르는 같은 온도를 갖는 고속의 제트 화염 형태를 이루고 있다. 이렇게 고온, 고열용량, 고속, 다량의 활성입자를 갖는 열플라즈마의 특성을 이용하여, 종래 기술에서는 얻을 수 없는 다양하고 효율적인 산업적 이용이 활발히 진행되고 있다. 용사코팅은 노즐 출구를 통해서 외부로 방출되는 열 플라즈마 화염을 이용하는 것으로 이 화염의 와류 특성으로 인하여 외기의 가스가 화염내부로 침투하는 특성을 가진다. 이러한 현상은 열원의 냉각효과 외에도 외기를 구성하는 기체 분자의 내부 유입을 의미하는 것으로 대기 상태에서 공정이 이루어진다면 열원 내로 유입되는 대기 내의 산소가 모재 표면과 반응하여 산화가 진행된다. 이러한 산화과정은 용사 코팅의 품질을 저하시키는 요인이 되므로, W, Ti 등과 같은 반응성이 높은 재료의 코팅은 산화과정을 방지하기 위하여 진공에서 코팅을 하여야만 한다. 진공 플라즈마용사코팅은 진공 또는 저압의 불활성 분위기 중에서 열플라즈마 화염에 용사재료를 투입하여 플라즈마 화염 내부에서 순간적으로 이를 용융시킨 후 고속으로 분출, 모재에 적층시키는 코팅공정이다. 이때 분말상의 용사재료를 고속으로 화염 중심에 투입하여 최대 에너지 전달이 이루어지도록 하는 것이 적층효율 및 코팅품질을 향상에 필수적이다. 하지만 플라즈마 화염 내부를 고속으로 이동하는 입자의 온도와 속도 및 궤적을 측정하여 제어하는 것은 매우 어렵기 때문에, 통상 형성된 코팅의 구조와 두께로부터 경험적으로 파라미터를 결정하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 초고속 레이저 카메라와 이미지 분석용 소프트웨어를 이용하여 플라즈마 화염내의 비행입자 궤적을 추적하고, 이를 통해 분말 이송가스의 유량이 코팅 효율 및 미세구조에 미치는 영향을 조사하였다. 플라즈마 화염은 중심부가 가장 높은 온도와 속도를 가지고 있기 때문에, 분말 이송가스의 유량이 적을 경우 투입된 분말은 단지 플라즈마 화염의 상부 경계면을 지나는 궤적을 갖게된다. 이로 인해 분말의 용융이 충분히 이루어지지 않아 적층 효율이 낮고 미용융 입자 및 기공이 많은 미세구조를 보였다. 이송가스 유량을 증가시키게 되면, 분말의 궤적은 플라즈마 화염의 중심부를 지나게 되어 적층 효율이 증가하고 미세구조 또한 개선되었다. 하지만 이송가스 유량이 지나치게 클 경우, 투입된 분말 입자는 플라즈마 화염을 조기에 관통하게 되어 비행궤적은 온도와 속도가 낮은 영역에 형성되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제4권1호
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• pp.1-6
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• 2003

제품의 소재를 미리 테입 형태로 만들어 단면치 경계면을 따라 레이저로 절단하여 적층하는 방식의 임의형상시스템은 제품의 표면에 계단 모양의 무의가 생기므로 정밀한 제품을 제작하는데 어려움이 있었다 이를 극복하기 위하여 단면의 경계선을 절단할 때 수직으로 절단하는 것이 아니라 경사면을 따라 절단하여 전체적인 제품의 옆면이 부드럽게 연결되는 경사절단형 임의형상가공시스템을 개발하였다 이를 위하여 레이저 5축 경사절단기를 개발하였는데, x축과 y축은 상용화되어있는 x-y table을 이용하였고 z축은 한 개의 z축 이송대를 이용하였다 롤과 피치를 위하여는 서보모터 두 개를 이용하여 작업대가 회전할 수 있도록 하였다. 이와 같은 레이저 5축 경사절단기를 개발함으로써 시편의 어느 위치에서든 어느 각도로도 절단이 가능하게 할 수 있었다. 또한 3차원 CAD 데이터로부터 단면정보를 생성하고 경사절단면에 맞추어 레이저 궤적을 생성 할 수 있는 소프트웨어를 개발하였다

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.44-44
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• 2015

저수지나 하천 사면에서 발생하는 산사태와 토석류는 저수지와 하천 수체에 충격을 가한다. 이로 인해 발생하는 수면 충격파는 전파되어 반대편 제방으로 파의 처오름 또는 댐 제체위로의 물넘이로 큰 피해를 줄 수 있다. 최근 외국에서는 2차원 충격파 생성 및 전파의 기본 과정을 구명하기 위한 실험적 연구가 이뤄지고 있으며, 이들 연구들은 충격파의 발생과 전파, 사면활동 물질과 수체의 상호작용 그리고 자유 수면과 유속분표의 발달에 대한 자세한 관측 자료를 제시하고 있다. 아울러 충격파에 영향을 주는 지배 매개변수를 제시하고 있다. 하지만, 이러한 실험적 연구의 최근 진보에도 불구하고, 이들 지배 매개변수를 고려한 충격파 지배공식들은 대상 지역의 복잡한 바닥 지형이나, 평면적 지형 변화를 단순한 추정치로만 고려하게 된다. 따라서 복잡한 지형조건에서 토석류와 수체의 상호작용과 수면 충격파의 전파를 합리적으로 해석하는 데는 한계가 있다. 이 경우 수치모델링 기법을 대안으로 적용할 수 있으나, 수치모델링은 수면에서 충격파의 전파와 수중에서 토석류의 전파를 동시에 모의해야 하고, 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체의 특성을 동시에 고려해야하므로 수치해석 연구자들에게는 하나의 큰 도전사항이다. 이 연구는 경계면 포착기법을 이용한 계산유체동력학 기법을 이용하여 사면활동과 이로 인한 정지 수역에서의 충격파의 발생 및 전파를 재현하기 위한 수치 모델링 기법을 개발하는 것이 목적이다. 사면활동과 수면의 경계면을 포착하고 위치를 정립하기 위해서 VOF (volume of fluid) 경계면 재구축 기법을 이용한다. 지배 방정식은 비압축성(incompressible) 질량 보존방정식과 나비어-스톡스(Navier-Stokes) 방정식이며, 서로 다른 유체의 상(phase)애 대한 체적분할이송방정식을 이용한다. 큰와 모의 계열의 난류 모델링 기법을 적용하여 충격파의 전파와 붕괴에 대한 난류의 영향을 고려하였다. 토석류는 비뉴턴 흐름저항 관계식을 적용하여 그 흐름특성을 재현하였다. 이들 지배방정식은 2차 정확도의 유한체적법(finite volume method)을 이용하여 해석한다. 외국의 연구자들이 관측하여 제시한 길이 11 m 그리고 폭 0.5 m의 수로에서 발생한 충격파를 수치적으로 재현하여 개발된 모형의 실제 문제에 대한 적용성을 보여준다.