최근 전 세계적으로 심각해지는 물 부족 현상과 수질오염으로 대량의 원수를 빠른 시간 내에 여과하기 위한 여과장치의 개발 및 효율성 향상을 위한 연구의 필요성이 증가되고 있다. 특히 여과필터의 내부구조에 의해 유동이 편중되는 현상이 발생하면 여과효율 및 여과필터 유지관리에 문제가 발생되기 때문에 최적의 여과필터를 설계하는 것이 중요하다. 이에 본 연구에서는 수리모형실험으로 검토하기에 어려움이 있는 여과기 내부구조에 대한 유동특성을 수치해석을 이용하여 검토하였다. 수치해석은 유한요소법 기반의 수치모형으로 여과기 내부를 상세하게 모의할 수 없기 때문에 유한체적법 기반인 ANSYS CFX 모형을 이용하였다. 여과기 내 여과필터는 두께 2.0 mm, 공극율 25%로 가정하고 다공성 기법(porous media)을 적용하였다. 검토를 위한 경계조건은 유입부에 목표 취수량, 유출부에 대기압 조건을 적용하였으며, 여과기에 비해 매우 작게 구성된 여과필터 내부의 유동특성을 검토하기 위해 여과기는 최소 3.0 mm, 여과필터는 1.0 mm의 격자를 적용하였다. 현재 실제 여과시설에 적용되고 있는 여과기 제품 형상을 기준으로 여과기 내부 흐름공간의 크기 및 각도 조정에 따른 유동특성을 검토하여 여과효율을 비교하였으며 통과유량, 유속, 유속벡터 등을 검토하여 균등한 유량과 유속이 발생되는 최적의 여과장치 구조를 도출하였다. 본 연구에서 여과기 내부 구조 변경에 따른 유동특성 검토를 통해 도출된 최적의 여과기 내부크기 및 각도에 대한 설계인자는 여과기 내 여과필터의 효율을 증가시킬 뿐만 아니라 내구성 증진에 도움이 될 것으로 예상된다.
자연하천에서 수자원의 원활하고 안전한 관리에 있어서 오염물의 혼합 거동에 대한 이해는 매우 중요하다. 대부분의 자연하천의 경우 만곡부 및 합류부와 같은 복잡한 지형을 갖고 있으며 이러한 경우 하천의 흐름이 복잡한 형태를 갖게 된다. 특히 수생태계에 많은 영향을 미치는 하폐수 처리장 처리수는 대부분 1차적으로 지류로 방류되어 이후 본류로 지속적으로 유입되게 된다. 이러한 오염물질이 지류로부터 본류로 혼합되는 합류부 구간의 경우 일반적인 1차원 혼합이 아닌 횡방향을 포함하는 2차원적인 혼합 거동에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 금호강과 진천천이 좌안으로부터 오염물질이 지속적으로 유입되는 낙동강 중류구간 합류부에서의 혼합 구간의 연구를 위하여 횡분산계수 산정을 위하여 전기전도도(electrical conductivity: EC)를 이용한 농도 추적 실험을 수행하였다. 낙동강 본류에서 정해진 측선을 따라 센서가 설치된 보트를 이용하여 실시간으로 농도, 수리량 데이터를 GPS 위치 데이터와 함께 취득하였다. 또한 실험으로부터 취득한 자료를 바탕으로 2차원 이송-확산 혼합 거동 모델인 CTM-2D 수치모형을 이용하여 모의하였다. 실험 수행 결과, 지류인 금호강과 진천천의 EC 농도가 합류 전 낙동강 본류의 EC 기저농도 보다 더 높은 값을 나타내었다. 지류의 유입으로 인하여 본류 좌안 쪽에서 전기전도도의 값의 상승을 확인할 수 있었으며 하류로 이동할수록 불균등했던 전기전도도의 분포가 횡방향 혼합을 통하여 점점 균등한 분포로 전환되는 것으로 나타났다. 또한 2차원 혼합 거동 분석에 필요한 횡 분산계수 산정을 위해 모멘트법, 해석해를 이용한 추적법, 수치모형을 통한 역산법을 통해 산정하여 결과를 비교하였다. 그 결과 모멘트법의 경우 다른 방법들에 비하여 전반적으로 과소 산정하는 경향을 나타내었다.
미세먼지 계절관리제는 미세먼지 고농도 시기인 겨울철에 수송, 발전, 산업, 생활 부문에서 강화된 저감 조치를 시행하는 정책을 말한다. 미세먼지 계절관리제는 규제정책으로 사회적 비용을 발생시키고, 다양한 경제주체에게 전가가 된다. 비용부담에 있어서 형평성은 중요한 문제이다. 따라서 본 연구에서는 발전 부문의 비용이 균등하게 배분되는지 확인하기 위해 각 발전사의 석탄발전 저감량을 이용해 발전사별 비용을 분석하였다. 특히, 정책의 시간가변효과를 파악할 수 있는 합성대조법을 적용해 미세먼지 계절관리제가 발전사의 석탄발전량에 미치는 효과를 분석하였다. COVID-19 사태로 인해 일부 전력 수요가 감소한 효과를 감안하더라도 미세먼지 계절관리제가 석탄발전소의 연료 사용량, 발전량을 감소시켜 발전 부문의 비용 증가가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 이러한 비용은 발전사별로 균등하게 배분되지 않고, 특정 발전사에 가중되는 것을 확인할 수 있었다. 미세먼지 계절관리로 인해 발생하는 사회적 비용이 이해관계자들에게 형평성 있게 부담되도록 개선할 필요가 있다.
다수의 연구들이 환경적 형평성 분석에 있어서 환경위험의 영향권 내에 있는 인구를 추산하기 위하여 흔히 단순면가중내삽법을 사용하고 있지만, 그 도출된 결과치는 불가피하게 부정확하다. 왜냐하면, 단순면가중치법은 인구가 원시구역 내에서 균등하게 분포되어 있다는 것을 비현실적으로 전제하고 있기 때문이다. 두 개의 대안적인 면가중치법, 즉 지능형 면가중치법과 회귀법은 주택의 위치에 관한 추가적인 지리적 정보를 이용함으로써 환경위험의 영향권 내에 있는 인구를 추정하는데 있어서 분포적인 편차를 설명할 수 있다. 본 연구는 환경적 형평성 분석에 있어서 환경위험의 영향권 내에 있는 인구를 추정하기 위한 다섯 개의 면내갑법을 탐색하고, 상이한 면내삽법에 대한 환경적 형평성의 민감도를 분석하고자 한다. 본 연구는 면내삽 과정에서 원시구역과 목표구역에 위성영상으로부터 추출된 토지피복의 분포와 같은 추가적인 지리정보를 제공하기 위하여 GIS 기법을 사용하였다. 독립표본 t-test통계량은 환경적 형평성 가설을 검정하기 위하여 사용되었다. 또한, 편재계수는 상이한 면내삽법에 따른 인구추정치의 상대적 변이성을 비교하기 위하여 계산되었다. 본 연구는 사례지역에서 환경적 형평성 분석의 결과는 환경위험의 영향권 내에 있는 인구를 추정하기 위해서 사용된 면내삽법에 민감하지는 않았지만, 상이한 면내삽법들이 사용됨에 따라 그 추정치는 대개 변동적 이었다는 것을 규명하였다. 이것은 환경적 형평성에 대한 통계적 분석결과는 어떤 면내삽법을 사용하느냐에 따라서 어느 정도까지는 변할 수 있다는 것을 암시한다.
철근콘크리트조 고층아파트의 경우 흔히 전단벽식 구조시스템을 채택하게 된다. 이때에는 작업자의 이동과 재료나 장비의 수평 운반 편의상 세대간의 내력벽에 직 4각형 형태의 개구부를 설치할 때가 많다. 이와 같은 개구부는 화재등의 재난시에 신속한 대피용 통로로 이용하도록 하는 경우도 있다. 전단벽의 개구부는 구조체의 안전이나 안정을 위협하는 중요한 요소로 될 수 있으므로 설계시나 안전검토에서 반드시 검토해야할 사항이다. 이번 연구는 개구부를 갖는 직 4각형 전단벽의 탄성안정에 관한 것이다. 연구에서는 유한 요소법을 이용하였고 수치해석의 중요 변수는 개구부의 위치와 크기이다. 또한 연직 하중에 의한 균등 압축응력은 물론 휨 모멘트에 의한 응력 및 수평 전단력이 판의 임계응력에 미치는 영향도 검토하였다. 끝으로 비재하면의 구속이 전단벽의 안정성에 미치는 영향도 검토하였다.
장치간 색변환을 위한 색역사상은 영상의 현색을 향상시키거나 보존하기 위하여 장치사이에 색을 변환하기 위한 방법이다. 색 역사상은 본질적으로 색변환 오차를 발생시키며, 이때 색변환 오차는 색역사상 방법, 원시 및 목적 장치 , 그리고 색역 모델링을 위한 표본점에 의존한다. 모니터와 프린터사이의 색 변환의 경우 각 장치에 대한 모델링을 위해 표본의 측정값에 기초한 경험적인 표기법을 많이 사용한다. 색표본은 CMY 혹은 RGB와 같은 장치 색 공간에서 균일하게 분포된 색표본을 측정해서 사용한다. 그러나, 프린터 표본의 경우 이러한 표본들은 프린터 색역 내부에 균일하게 분포되지 않으므로 색변환 오차가 증가한다. 따라서 본 연구에서는 장치 독립적인 색공간인 CIELAB공간에서 균등하게 분포하는 색표본 생성법을 제안하고 3차원 보간법을 이용한 색변환 실험을 통해 제안된 색표본 생성 방법의 성능을 평가하였다.
본 논문에서는 1.55${\mu}m$파장에서 동작하는 $1{\times}5$ 광파워 분리기를 유한 차분 빔전파법(FD-BPM)을 이용하여 모델링하고, BK7 유리 기판에 $Ag^+-Na^+$ 이온교환법을 이용하여 제작하였다. 제작된 소자는 중심 도파로의 이격 거리와 내부 Y-분리기의 분리 각을 조절해 원하는 분리 비를 얻을 수 있는 구조로 되어있다. 도파로 폭 4.5${\mu}m$, 내부 Y-분리기의 분리 각 0.3$^{\circ}$, 중심 도파로의 이격 거리가 575${\mu}m$일 때 TE 모드 입력에 대해 0.46dB의 광파워 분리 비를 얻었다.
전기밥솥으로 지은 일반계(Japonica) 쌀밥의 경도와 부착성을 texturemeter를 사용하여 낱알과 밥블록상태에서 측정하였다. 밥알 3, 4, 5개씩을 균등하게 배열하고 95%의 압축비에서 plastic plunger 로 측정한 경우 각각 경도는 7.4, 7.5, 10.0kg이었으며 변이계수가 25.9%에 이르렀다. 원통형 밥블록(15mm diameter, 20mm height)으로 성형한 것을 80% 압축비로 측정한 결과, 경도는 2.1kg이었고 변이계수는 $2.8{\sim}7.0%$의 수준으로 현격히 감소되었다. 밥블록측정법이 정확도와 재현성에서 낱알측정법보다 월등히 좋았으며 밥블록의 성형방법과 측정 방법을 개발하였다. 밥의 부착성은 낱알측정법으로는 불가능하였고, 밥블록을 톱니형의 plunger와 platform을 사용할 경우 가능하였으며 그 값은 0.68kg sec이었고 변이계수는 4.6%이었다.
본 연구에서는 화재로부터 가장 효과적인 소화설비로 평가받고 있는 스프링클러 시스템에 대해 화재 시뮬레이션과 수리계획법에 기반을 한 최적 배치방법을 제안하였다. 사례연구로, $5.2m(L){\times}5.4m(W){\times}2.4m(H)$ 크기의 일반 주거지 형태를 대상공간으로 설정하고, 부주의로 폴리우레탄 소재의 소파에 불이 인화되어 화재가 전이되는 시나리오를 구성하였다. 그리고 스프링클러의 종류와 개수에 따른 소화속도, 온도변화, 표면 열방출률을 시뮬레이션을 통해 분석하고, 공간 균등배분 방법으로 설치된 스프링클러의 설치비와 화재 피해액의 정형화를 바탕으로, 수리계획법을 이용하여 최적 소화성능의 스프링클러 배치시스템을 얻을 수 있었다.
단계구분도는 인구분포를 나타내기 위해 흔히 사용되는 방법으로 인구가 단위지역 내에 균등하게 존재함을 가정한다. 대시메트릭 지도제작법은 주거지역 정보를 통해 단계구분도보다 공간적으로 더 세밀한 인구분포를 작성할 수 있게 한다. 또한 피크노필랙틱 보간법은 단위지역 내 총인구를 유지하면서 주변지역의 인구를 고려하여 인구분포를 보간하는 방법으로 대시메트릭 지도제작법에 의한 인구분포를 연속적이고 부드럽게 하여 좀더 현실적인 인구분포도를 작성할 수 있게 한다. 따라서, 본 연구에서는 대시메트릭 지도제작법과 피크노필랙틱 보간법을 연계하는 방법을 제시하여 인구분포도의 정확도를 향상하고자 하였다. 제시한 방법을 적용하여 인구분포도를 작성하기 위해 1990년도 미국조지아주 Athens 시의 인구자료와 위성영상으로부터 추출된 주거지역 자료를 활용하였다. 결과를 검증하기 위해 인구분포도 작성에 활용된 공간단위보다 더 세밀한 공간단위의 인구자료를 활용하였으며 하이브리드 방법에 의해 높은 정확도를 확보할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 하이브리드 대시메트릭에 의한 인구분포는 선거구, 학군, 분수계 등 각종 경계지역으로 변환이 용이해 다양한 응용분야에서 활용될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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