• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1998년도 춘계학술발표회논문집(1)
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• pp.457-462
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• 1998

유동장에서의 기포거동 정보의 중요성 때문에 이를 정확히 측정하기 위한 실험방법이 여러 가지로 발전해 왔지만 아직까지도 기포분포에 대한 정확한 정보 추출에는 도달하지 못하고 있다. 본 연구에서는 원래 의공학분야에서 새로운 tomography 기술로 연구되고 있는 EIT(Electrical Impedance Tomography) 기술을 2상유동에서의 기포분포 측정방법 개발에 적용하기 위한 기초연구와 기포분포 가시화를 위한 전산실험을 수행하였다. 기포분포 가시화를 위해서는 EIT inverse problem solver로 많이 사용되는 iNR(improved Newton-Raphson) 계열의 EIT 염상복원 프로그램을 본 연구진이 유전알고리즘(Genetic Algorithm)과 fuzzy-based mesh grouping 방법을 추가하여 개선한 영상복원프로그램을 사용하였다. 전산실험 결과 본 영상복원프로그램으로는 12$\times$12의 분해능으로 모사되는 기포분포를 저항률 오차한도 $\pm$1%의 신뢰도로 PC상에서 복원이 가능함을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제39권3호
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• pp.151-162
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• 2020

본 논문에서는 음향 역산법을 이용한 기포의 크기 분포 추정 기법을 제시하였다. 제 1종 Fredholm 적분방정식으로 표현된 감쇠계수의 추정오차를 목적함수로 정의하였고, 최적해를 구하기 위해 Levenberg-Marquardt(LM)기법을 적용하였다. 두 가지의 기포 분포에 대한 수치 시뮬레이션을 통해 제안된 역산 기법의 유용성을 검증하였다. 세 종류의 기포발생기를 이용하여 사각 수조(1.0 m × 0.54 m × 0.6 m)에서 기포 실험을 수행하였다. 고속카메라 촬영을 통해 기포의 분포 이미지를 획득하였고, 음원과 수중청음기를 이용하여 기포층의 주파수별 삽입손실(insertion loss)을 계측하였다. 촬영된 이미지는 후처리를 통해 기포 발생기별 기포 분포 특성을 파악하는데 활용하였고, 계측된 삽입손실에 역산 기법을 적용하여 기포의 크기 분포를 추정하였다. 음향 역산결과로부터 기포의 크기가 작아짐에 따라 기포 개수는 지수적으로 증가하며, 70 ㎛ ~ 120 ㎛의 국부 피크를 지난 후 다시 증가하는 경향성을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제28권3호
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• pp.198-207
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• 2009

캐비테이션 기포 (cavitation bubble)가 존재하는 유체 내에서 다중 주파수 (multi-frequency)를 송수신할 때 음파의 감쇠(attenuation)와 음속 (sound speed) 변화가 발생되었고, 이 특징을 이용하여 기포의 크기와 분포량을 추정하였다. 음향실험은 $20{\sim}300\;kHz$ 대역의 다중 주파수를 이용하여 실시하였고, 기포가 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우의 주파수별 음속 비와 음파의 감쇠 값을 측정하였다. 캐비테이션 기포는 모터 끝에 장착된 둥근 막대형 블레이드 (blade)를 물 속에서 고속회전시켜 발생되었다. 캐비테이션 기포의 크기 및 분포량은 모터의 회전 속도, 블레이드 끝단 (tip)의 겉넓이를 변화시키며 관측하였고, 기포 생성 후 시간별 기포량 감소율을 측정하였다. 실험 결과 발생된 기포의 크기는 반경 $10{\sim}60{\mu}m$였고, $10{\sim}20{\mu}m$와 $20{\sim}30{\mu}m$ 반경의 기포가 전체의 약 45%와 25%를 차지하였다. 세부실험 결과로 모터의 회전 속도가 증가할수록 더 많은 양의 기포가 발생되지만 블레이드 끝단 면적의 증가와 기포 발생량의 변화는 상관성이 없음을 확인하였다. 또한 기포량의 감소율은 지속시간별로 일정하였고, 2분 이내에 전체량의 80%가 소멸됨을 관측하였다. 음향실험의 결과를 검증하기 위해 동일한 조건에서 광학카메라로 촬영한 기포 분포량과 비교하였다.

• 한국음향학회지
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• 제29권4호
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• pp.251-257
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• 2010

본 논문에서는 액체 매질 내 기포운에 의한 초음파의 감쇠 및 분산 특성을 다룬다. 액체 내 기포운은 다양한 기작에 의해 발생되며 이에 따라 기포운을 구성하는 기포들의 크기와 분포가 다양한 양상을 가지게 된다. 따라서 기포들의 크기와 분포에 따라 기포운의 감쇠와 분산 특성이 어떻게 변화하는지에 중점을 둔다. 특히 아직 보고된 바 없는 나노 기포운의 감쇠 및 분산 특성에 대하여 조명하고자 한다. 수치해석 결과, 기포운의 음향 감쇠 및 분산 특성은 구성 기포들의 첨예도에 따라 크게 변화하는 것으로 나타났다. 본 연구는 기포운 내 음향 전파의 심도 있는 이해에 일조할 것으로 기대한다.

• 한국음향학회지
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• 제42권4호
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• pp.305-312
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• 2023

기포 크기 분포를 음파 감쇄 손실을 이용하여 역산하기 위해 Physics-Informed Neural Network(PINN)을 사용하였다. 역산에 사용되는 선형시스템을 풀기 위해 이미지 처리 분야에서 선형시스템 문제를 해결한 Adaptive Learned Iterative Shrinkage Thresholding Algorithm(Ada-LISTA)를 PINN의 신경망 구조로 이용하였다. 더 나아가, PINN의 손실함수에 선형시스템 기반의 정규항을 포함함으로써 PINN의 해가 기포 물리 법칙을 만족하여 더 높은 일반화 성능을 가지도록 하였다. 그리고 기포 추정값의 불확실성을 계산하기 위해 딥앙상블 기법을 이용하였다. 서로 다른 초기값을 갖는 20개의 Ada-LISTA는 같은 훈련데이터를 이용하여 학습되었다. 이 후 테스트시 훈련데이터와 다른 경향의 감쇄 손실을 입력으로 사용하여 기포 크기 분포를 추정하였고, 추정값과 이에 대한 불확실성을 20개 추정값의 평균과 분산으로 각각 구하였다. 그 결과 딥앙상블이 적용된 Ada-LISTA는 기존 볼록 최적화 기법인 CVX보다 기포 크기 분포를 역산하는데 더 우수한 성능을 보였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제26권1호
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• pp.8-17
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• 2023

해양 환경에서의 기포는 바람, 파도, 선박 및 해저 가스 누출을 포함한 여러 요인에 의해 생성된다. 수중에서의 기포는 강력한 산란 신호를 생성하여 음향 신호를 측정하는데 영향을 미친다. 이러한 기포의 특성은 음파 신호의 세기를 감쇠시켜 소음 차단 목적으로 주로 이용되고 있으며, 최근에는 해저에서 대규모로 누출되는 메탄가스 탐지를 위한 연구가 진행되고 있다. 이러한 가스 누출은 기포플룸의 형태를 취하며, 기포의 물리적 특성과 분포 구조를 이해하는 것은 누출된 가스를 기후 변화와 연관성을 파악하는데 중요한 요소 중 하나이다. 본 연구에서는 탄성파 영상화 기법을 이용하여 기포플룸의 분포를 추정하고자 수조환경에서 실험을 수행하였으며, 별도로 제작된 인공기포 발생기, 자료 취득 시스템을 이용하여 기포에 의한 음향 신호를 취득하였다. 기포플룸을 영상화하기 위해 지진파 영상기법 중 역시간 구조보정을 이용하였으며, 획득한 음향 신호의 포락선 신호를 이용하여 기포 분포 패턴을 효과적으로 추정하였다. 영상화 결과의 검증을 위해 추정된 기포플룸의 분포와 광학카메라 영상을 비교하였다. 실험결과 탄성파 영상화 기법 통해 인공 기포플룸의 산란신호를 이용한 영상화가 가능함을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권2호
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• pp.200-205
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• 2011

직경 1.0 m인 파일럿 규모 슬러리 기포탑에서 기포체류량의 축방향, 반경방향분포를 고찰하였다. 기체의 유속, 연속 액상의 표면장력 그리고 슬러리상에 포함된 고체입자의 분율이 기포탑 내부 기포의 축방향 및 반경방향 분포에 미치는 영향을 검토하였다. 본 연구의 실험조건 모두에서 체류량은 기포탑의 중심으로부터 반경방향 무차원 거리가 증가함에 따라 감소하였으며, 기포탑의 분산판으로부터 축방향의 무차원의 거리가 증가함에 따라 증가하였다. 기포체류량의 반경방향 불균일도는 기체의 유속이 증가함에 따라 연속 액상의 표면장력이 감소함에 따라 증가하였으나 슬러리상에 포함된 고체입자 분율에는 크게 영향을 받지 않았다. 본 연구의 범위에서 축방향과 반경방향 기포체류량의 분포는 각각의 실험변수의 상관식으로 나타낼 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.151-158
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• 2011

선발포 방식을 통해 제조되는 기포 콘크리트에서 기포는 밀도, 강도, 공극 등의 물리적 특성에 영향을 끼치는 주요인이다. 기포 콘크리트에 대한 연구가 꾸준하게 진행되었지만, 기포 자체의 특성에 관한 연구는 화학적인 분야를 제외하고는 거의 없는 실정이다. 그러므로 용도에 적합한 기포 콘크리트를 제조하기 위해서는 기포의 성상에 대한 연구가 필수적으로 선행되어야 한다. 기포 콘크리트의 제조에서 기포를 유효하게 이용하기 위해서는 기포의 특성을 평가해야만 한다. 이 연구에서는 기포의 특성을 알아보기 위해 기포제 종류 및 농도 변화에 따른 기포의 특성에 관한 검토를 수행하였다. 기포의 특성을 알아보기 위해 사용한 기포제는 계면활성제계, 수지비누계, 단백질계 기포제를 사용하였고 기포제의 농도는 기포제 종류에 따라 0.05~13% 범위로 설정하였다. 측정 항목은 발포율, 기포 용적, 수용액 용적, 기포 크기 및 분포를 측정하였다. 분석 결과, 기포제 종류와는 상관없이 기포제 농도가 높을수록 발포율은 증가하는 것으로 나타났고, 기포제 농도는 기포, 수용액 용적 변화, 기포 크기 분포에도 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 기포의 안정성 측면에서 단백질계가 계면활성제, 수지비누계 보다 높은 안정성을 나타냈다. 기포의 형상에서는 계면활성제계, 수지 비누계는 다각형의 기포를, 단백질계는 구형의 기포를 형성하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.1365-1373
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• 1994

난류전단 흐름에서의 기포 크기분포를 예측하기 위하여 개발된 Monte-Carlo 모의모형을 실험실 크기의 문제에 적용하였다. 각종 모형 매개변수 및 물리적 변수들에 대한 민감도 분석을 수행하였으며, 실험 관측치와의 비교를 통하여 모형의 실제 적용성에 관하여 조사하였다. 공기와 물의 유량비 또는 마찰계수가 증가함에 따라 기포의 크기가 커지는 것으로 나타났다. 평균유속이 증가함에 따라 가포의 크기는 작아지지만, 폭기구간내 기포의 총표면적은 거의 일정함을 보였다. 모형의 종방향 거리증분에 따른 기포 크기분포의 변화는 거의 없었으며, 횡방향 거리중분을 크게 할수록 기포가 크거나 작은 쪽으로 치우쳐 중간정도의 크기를 갖는 기포의 수가 감소하였다. 기포의 크기분포는 그 초기분포 및 공기의 주입위치에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 기포의 충돌과 응집을 구분하기 위하여 충돌효율을 도입하였다.

• 한국음향학회지
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• 제41권2호
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• pp.174-183
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• 2022

본 논문에서는 내부 유체를 갖는 수중에 몰수된 탄성 쉘이 기포층으로 둘러싸여 있을 때의 음향 방사를 모드 이론을 이용해 연구했다. 전 방향성의 점음원이 내부 유체의 중심에 위치해 있고 음향 소음원으로서 사용되었다. 모드 해의 미지수는 매질 사이의 경계조건으로부터 계산된다. 넓은 주파수 대역에서 모드 해의 안정성을 유지하기 위해, 모드 해의 규격 기법이 사용되었다. 기포 층은 Commander와 Prosperetti의 유효 매질 이론에 기반하여, 단일 모드 분포, 균일 분포, 정규 분포, 멱함수 분포를 이용해 각각 모의되었다. 각각의 기포 분포에 대해 삽입손실이 주파수에 대해 계산되었다. 추가적으로 공극비, 탄성 쉘의 매질 특성, 탄성 쉘과 기포층의 간극의 영향에 대한 수치해석을 수행했다.