• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.190.2-190.2
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• 2016

메탄은 변환을 통해 아세틸렌 및 수소와 같은 에너지 생산에 보다 유용한 기체를 얻을 수 있다. 메탄의 열분해 온도는 약 1,200 K로 알려져 있으며, 그 이상의 고온 환경 및 첨가물을 제공한 경우 효과적인 변환을 기대할 수 있다. 이러한 고온 환경 및 화학반응을 제공할 수 있는 시스템으로 열플라즈마 반응로가 있다. 일반적인 열플라즈마는 아크 방전이나 고주파 유도결합 방전으로 플라즈마 발생기에서 발생시킨 이온화된 열유체로 10,000 K 이상의 초고온과 최대 수천 m/s의 특성을 가지고 있다. 본 연구에서는 효율적인 메탄 변환을 위한 저전력 아크 플라즈마 발생기 및 반응로 내부의 온도 및 속도장을 전산모사하여 열유동 특성을 분석하였다. 아크 플라즈마 토치 영역의 전산해석은 전자기적 현상과 고온 열유동의 유체역학적 현상이 함께 작용하므로 기존에 사용되고 있는 전산유체 역학적인 방법론에 전자기적 현상에 대한 보존 방정식이 결합된 자기유체역학(Magnetohydrodynamic, MHD)방법을 이용하였고, 반응기 내부의 복잡한 열유동은 안정적인 계산이 가능한 상용 전산 유체역학(Computational Fluids Dynamics, CFD) 코드를 MHD 코드를 이용한 전산해석 결과 및 고온 물성치와 결합하여 해석하였다. 전산해석에 사용된 운전 변수로는 방전기체인 아르곤과 수소의 전체 유량을 45 L/min 으로 고정하고 수소의 비율을 0%, 6%, 12.5%, 20%로 하였으며, 각 유량 조건에서 입력 전력을 0.7 ~ 2.5 KW로 변화시켜 전체 15종의 운전조건에 따른 전산해석을 수행하여 각각의 운전변수에 따라 입력전력 기준 오차 1 ~ 28%에 해당하는 결과를 도출하였다. 본 연구를 통해 개발된 전산해석 방법을 이용하여 다양한 조건에서 아크 플라즈마 반응로 내부의 온도 및 속도장에 대한 전산해석 결과를 제시하였고, 효율적인 메탄 변환 공정을 개발하기 위한 아크 플라즈마 반응로의 설계조건 및 운전 조건을 제시할 수 있는 기반을 확보하였다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제3회(2014년)
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• pp.311-323
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• 2014

분자동역학 모의실험을 이용하여 간단한 van der Waals 상호작용하는 이성분 혼합물 계의 섞임 자유에너지 및 섞임 엔트로피 등 섞임과 관련된 열역학 함수들을 계산하는 방법을 소개한다. 각 혼합물의 과잉 자유에너지는 열역학 적분 (thermodynamic integration)방법을 이용하여 계산하고, 이성분 혼합물의 섞임 관련 열역학 함수들은 Hess의 법칙을 확장함으로써 구한다. 계산 결과로부터 온도가 증가할수록 계의 섞임 Helmholtz 자유에너지는 감소하며, 섞임 내부에너지도 감소함을 알 수 있다. 섞임 엔트로피는 온도가 증가할수록 이상기체의 섞임 엔트로피에 접근함을 알 수 있다. 섞임 Helmholtz 자유에너지에 대한 섞임 내부에너지와 섞임 엔트로피 기여도를 조사한 결과 이 계의 섞임 과정을 주도하는 추진력은 엔트로피에 의한 것임을 알 수 있다. 본 연구 방법과 결과를 이용함으로써 학부생들이 혼합물의 열역학 성질을 이해하는데 도움을 주리라 기대한다.

• 천문학회보
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• 제46권1호
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• pp.30.1-30.1
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• 2021

수소 라이먼 알파선은 관측이 어려운 외부은하의 성간 물질이나 성운 주위의 물질의 운동학적, 기하학적 상태를 알려주는 지표이다. 특히 라이먼 알파 방출 스펙트럼의 두 최고점에서 측정한 선속도 차이(Vsep)는 물질의 수축, 팽창 여부에 영향을 받기 때문에 은하의 역학적 특성을 연구하는 데에 있어 새로운 도구로서 각광받고 있다. 이 연구에서는 복사유체역학 시뮬레이션 코드 RAMSES-RT를 이용하여, 다양한 물리량을 가진 은하가 만드는 라이먼 알파선 특성을 분석하였다. 은하 내 기체 함량 및 중원소 함량비를 다르게 하였으며, 각 시뮬레이션들은 몬테-카를로 공진선 복사전달 코드 RASCAS를 이용하여 라이먼 알파선의 복사 과정을 계산하였다. 그 결과, 거대분자운 시뮬레이션 대비(Kimm et al. 2019) Vsep이 크게 증가하였으며 (약 150->300km/s), 관측되는 은하들 수준의 Vsep이 재현되는 것을 확인하였다. 은하의 중원소 함량비가 증가한 경우, 은하 내 먼지량과 젊은 별들이 거대분자운에 머무는 시간이 늘어나기 때문에 기준 은하와 비교하여 선속도 차이가 작아졌으며(Vsep~270km/s), 은하의 기체 함량을 증가시켰을 때는 산란 횟수 증가로 인하여 선속도 차이가 증가함(약 345km/s)을 확인할 수 있었다. 합병하는 은하의 경우, 성간물질의 역학적 상태를 극적으로 만든다고 알려져 있음에도 불구하고, 고립된 은하와 비슷한 정도의 산란 특성을 보였다. 마지막으로 시뮬레이션 상에서 강하게 발달하지 않는 중성상태의 은하주변물질의 존재가 선속도차이 예측에 미치는 영향에 대해서 토론하고자 한다.

• 멤브레인
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• 제28권1호
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• pp.67-74
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• 2018

고분자 분리막의 분자동역학 연구에서는 구성 원자 개수가 많고 투과 거동 계산시 긴 시간을 필요로 하기 때문에 적절한 고분자 주쇄의 길이를 선택하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 이러한 고분자 주쇄 길이와 투과 거동 간의 상관관계가 실제 분자동역학에서 어떻게 나타나는지 조사를 하고자 하였다. 널리 알려진 상용 고분자 Kapton(R) 폴리이미드 구조를 이용하여 분자동역학을 수행하였고 기체 투과 거동을 분석하였다. 고분자 주쇄의 움직임은 그 길이와 큰 연관성이 없었으며, 일반적인 인식과 달리 짧은 주쇄 길이를 갖고 있다고 해서 더 활발하게 움직이는 것은 아니라는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 고분자 주쇄의 말단기는 상대적으로 움직이기 쉬울 것이라는 예상과 달리, 말단에 위치하지 않은 경우라도 말단기에 위치한 원자보다 더 높은 움직임을 보이는 경우도 많았다. 최종적으로 기체 분자의 투과 성능에서도 고분자 주쇄의 길이 및 말단기에 따른 영향은 관찰되지 않았다. 이는 기체 투과 전산모사에서 많이 언급되는 말단기 효과를 실제 전산모사에 적용할 경우, 각각의 모델 특성에 따라 제한적으로 적용을 하고 이에 대한 검증 과정을 반드시 수행하여야 한다는 것을 의미한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권7호
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• pp.767-774
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• 2012

신형경수로인 APR1400의 안전주입탱크에는 유량조절장치가 설치되어있다. 이러한 유량조절장치는 안전주입탱크 내부의 수위에 따라 유량조절장치 내부에 위치한 와류실의 유동양식이 변하도록 설계되어 있어, 피동적으로 유량이 조절되는 특성을 가지고 있다. 그러나 고유량에서 저유량으로 전환되는 과정에서 유동의 관성에 의해 상부 기체가 방출되는 현상이 존재하여, FD 성능에 영향을 줄 수 있다. 본 논문에서는 전산유체역학 코드인 CFX 코드를 활용하여 안전주입탱크의 유량전환현상시 기체의 방출현상에 대해 이상유체 자유수면모델 적용하여 계산하였다. 이를 통해 안전주입수의 수위 및 상부 충전기체의 거동을 평가하여 FD 성능특성에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, 유량전환구간에서 자유수면의 높이가 순간적으로 낮아지게 되어, 상부의 기체가 일부 방출되는 것으로 평가되었으나, FD 성능특성에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 평가되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제45권1호
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• pp.93-102
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• 2007

본 연구에서는 직접 메탄올 연료전지의 전기 화학 반응에 의해 발생하는 이산화탄소와 물의 조절을 위해 기체 발생과 흐름 현상을 관찰할 수 있는 3차원 모델을 개발하였다. 산화극 쪽에 발생한 기체의 조절은 직접 메탄올 연료전지를 설계하는데 중요한 문제이며, 연료 전지의 성능에 커다란 영향을 준다. 유로는 기체의 조절과 아주 밀접한 관계가 있으나 다양한 유로를 설계하고 실험하여 최적의 디자인을 찾는 것은 어렵고 바이폴라 플레이트의 높은 가격 때문에 많은 비용이 필요하다. 이 문제를 해결하기 위해 전산 유체역학 모델링 기법을 도입하였다. 전산 유체역학을 기반으로 하여 개발된 two-fluid 모델을 이용하여 유체의 흐름 패턴을 시각화 하여 분석함으로써 실험의 횟수를 줄일 수 있었고, 대표적인 4가지 연료전지 유로인 serpentine, zigzag, parallel, semi-serpentine 형태에 개발된 모델을 적용하여 속도, 압력, 메탄올 몰분율, 기체 몰분율 등을 계산하였다. 계산 결과를 이용하여 각 형태의 특성과 장단점을 파악하였고, 이를 바탕으로 가스를 효율적으로 제거할 수 있는 최적 유로를 설계 하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권4호
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• pp.375-383
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• 2008

완성무기 운반형 유도탄의 설계에는 고속비행 중 탑재물 투하에 적합한 안정성과 신뢰성 높은 기체분리 및 낙하산 전개 메커니즘이 요구된다. 이 전개 메커니즘은 다물체들 상호간의 역학적 운동 관계를 나타내는 것이므로 설계에서 모델링 & 시뮬레이션을 이용한 해석적 연구가 매우 중요한 역할을 할 수 있다. 본 논문에서는 크램쉘형 기체분리를 채택한 국내 대잠유도탄 설계에 적용된 기체분리 시뮬레이션 기법을 제시하고, 이를 이용한 주요 해석 결과를 가용한 비행시험 결과와 대비하여 보였다. 본 기법 연구의 초점은 효과적인 설계 적용의 필수적 요소인 계산의 신속성과 신뢰도 간의 적절한 조화에 주어졌다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.240.1-240.1
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• 2014

대기압 플라즈마 제트 장치에 주입되는 기체의 유량 변화에 따른 방전 특성을 유체역학적으로 해석하였다. 장치에 주입되는 기체의 유량 변화는 레이놀즈수에 의한 유체 흐름의 상태 변화와 베르누이 정리에 의한 압력 변화를 동반한다. 유리관에 주입되는 기체의 레이놀즈수가 Re<2000이면 층류이며 Re>4000이면 난류, 2000

• 터널과지하공간
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• 제31권5호
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• pp.333-359
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• 2021

고준위방사성폐기물 처분시스템에서는 처분용기 인근에서 용기 금속 물질의 부식 등 여러 이유로 인해 수소, 라돈 등의 기체가 발생할 수 있다. 기체 발생 속도가 투수계수가 낮은 벤토나이트 완충재 공극에서의 기체 확산 속도보다 커질 경우, 형성된 기체가 축적된다. 기체 압력이 증가하여 유입 압력에 도달하면 완충재 내부로 기체의 팽창 흐름 및 이류가 발생하게 된다. 기체의 급격한 팽창 흐름 발생 시 방사성 핵종이 완충재 외부로 유출될 가능성이 있으므로, 처분시설의 설계 과정에서 점토 기반 물질에서의 기체 유동의 영향성 및 공학적방벽의 건전성을 평가하기 위해 기체 이동 현상에 대한 거동 특성을 명확하게 규명할 필요가 있다. 전세계적으로 벤토나이트 완충재 내 기체 이동 현상 규명을 위한 실험적 연구와 이를 모사할 수 있는 전산 수치 모델 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 기술보고에서는 현재까지 수행된 기체 주입 시험 및 전산 수치모델 관련 주요연구를 소개하고 향후 기체 이동 현상 규명을 위한 연구 수행 방향에 대해 정리하였다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제13권1호
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• pp.156-163
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• 2010

A nonequilibrium molecular dynamics(NEMD) simulation method is developed and applied to study shock waves propagating through argon gas. In this simulation method, shock waves are generated by pushing a piston at a constant speed from one side of a simulation box filled with argon molecules. A linear relationship between piston speeds and shock speeds is observed. Thermodynamic properties including density, temperature, and pressure before and after the shock front are obtained from the simulations and compared with the well-known Rankine-Hugoniot equations based on ideal gases. The comparison shows an excellent agreement, indicating that this NEMD simulation method can be employed to investigate various physical properties of shock waves further.