• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.38 no.9
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• pp.890-899
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• 2010

An experimental study has been conducted to analyze the operating forces on a partially admitted turbine blade using a linear cascade apparatus. Axial-type blades were used and the blade chord was 200mm. The rectangular nozzle was applied and its size was $200mm{\times}200mm$. The experiment was done at $3{\times}10^5$ of Reynolds number based on the chord. The rotational force and axial force on the blade were measured at steady state by moving the blade to the rotational direction. The operating forces were measured at three different nozzle install angles of $58^{\circ}$, $65^{\circ}$ and $72^{\circ}$ for off-design performance test. In addition, three different solidities of 1.25, 1.38 and 1.67 were applied. From the results, the maximum rotational force was increased when the solidity was decreased and the nozzle install angle was decreased. The axial force was increased by decreasing the nozzle install angle. The reverse axial force was obtained in the partially admitted region when the nozzle install angle was increased to $72^{\circ}$.

• Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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• v.18 no.7
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• pp.711-717
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• 2008

A modeling method for the modal and the transient vibration analysis of a multi-packet blade system excited by nozzle jet forces is presented in this paper. Blades are idealized as cantilever beams and the elastic structures like disc and shroud connecting blades are modeled as coupling stiffnesses. A modified Campbell diagram is proposed to identify true resonance frequencies of the multi-packet blade system. Different from the SAFE diagram that employs three dimensional space, the modified Campbell diagram Proposed in this study employs a plane to find the true resonance frequencies. To verify the existence of true resonance frequencies, nozzle jet forces are modeled as periodic forces and transient vibration analysis were performed with the modeling method.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1998.10a
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• pp.6-6
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• 1998

항공기용 가스터빈 및 일반적인 산업용 분무시스템에서는 많은 양의 분사액체를 미립화 시키고 시스템의 연속적인 운전과 유지를 편리하게 하기 위하여 여러 개의 분사노즐을 열로 설치하여 동시에 분사하도록 하고 있다. 이렇게 동시에 분사할 경우, 노즐간에 거리가 충분히 크지 않으면 개별적으로 분사된 분무들이 서로 합해져서 하나의 연합된 분무군이 형성된다. 이렇게 Two element에 의해서 형성된 spray는 공급압력이 증가함에 따라 관성력이 증가하게 되어 중심부분에서 액막 혹은 액적상태로서 충돌이 발생하여 복잡한 분무특성을 가질 것이다. 따라서, 연합된 분무군의 특성을 이해하는 것은 응용의 측면에서 매우 중요하다고 할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2007.11a
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• pp.57-62
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• 2007

A modeling method for the modal and the transient vibration analysis of a multi-packet blade system excited by nozzle jet forces is presented in this paper. Blades are idealized as cantilever beams and the elastic structures like disc and shroud connecting blades are modeled as coupling stiffnesses. A modified Campbell diagram is proposed to identify true resonance frequencies of the multi-packet blade system. Different from the SAFE diagram that employs three dimensional space, the modified Campbell diagram proposed in this study employs a plane to find the true resonance frequencies. To verify the existence of true resonance frequencies, nozzle jet forces are modeled as periodic forces and transient vibration analysis were performed with the modeling method.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2010.10a
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• pp.116-117
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• 2010

• Journal of Biosystems Engineering
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• v.14 no.3
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• pp.196-206
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• 1989

와권(渦券) 노즐에 작용(作用)되는 힘은 분두(噴頭)의 도구(導溝) 및 와실(渦室)의 기능(機能)에 의하여 축방향력(軸方向力)과 반경방향력(半徑方向力)으로 분류(分類)되고, 이 두 개의 힘은 미립화(微粒化)의 과정(過程)에 각각(各各)의 특성(特性)을 주고 있다. 반경방향(半徑方向)의 힘은 분두(噴頭)에서 분사(噴射)되는 입자(粒子)에 전단력(剪斷力)으로서 작용(作用)하지만 이 힘의 크기는 물방울의 직경(直徑) $100{mu}m$을 기준(基準)하여 2.4m/s의 속도(速度) 이내(以內)의 범위(範圍)이었으며, 그 속도범위(速度範圍)는 다음 유도된 식(式)으로 산출(算出)할 수 있었다. $$V_{ot}=(\frac{8g{\sigma}}{d{\gamma}})^{1/2}$$ 축방향력(軸方向力)은 아래 유도된 식(式)과 같이 분사액류(噴射液流)의 굴절각에 매우 민감하게 영향을 미치었고, 그 크기는 반경방향력(半徑方向力)에 비교(比較)하여 큰 값을 나타내었다. $$V_{\ell}={\sigma}[\frac{1}{2}{\rho}_{a}sin2{\theta}_d-4({\mu}+{\eta})\frac{\ell}{r_o}]^{-1}$$.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.12 no.2
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• pp.57-65
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• 2008

The atomization phenomena and spray characteristics of drum type rotary atomizer using centrifugal force from high rotational speed of gas turbine engine shaft were studied through rotary atomizer modeling analysis and experimental method. A test rig for rotary atomization that has range of $5,000{\sim}40,000\;rpm$ was used to make similarity for high speed rotating shaft. Spray visualization methodology and Phase Doppler Anemometry were also used to investigate the atomization mechanism and spray characteristics. We found that the rotating fuel spray has unique breakup process and we have to make breakup point earlier through increasing rotating speed to improve atomization performance.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.66.1-66.1
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• 2011

반도체를 비롯하여 LCD, OLED와 같은 디스플레이 (FPD: Flat Panel Display) 분야는 국가 선도 사업으로써 발전을 거듭해오고 있다. 하지만 기술의 성숙도가 높아짐에 따라 최근 중국과 대만 업체와의 경쟁이 심화되고 있으며, 더불어 환경문제가 큰 이슈로 떠오르고 있어 신기술 개발을 통한 생산 수율 향상 및 친환경 공정 개발의 중요성이 커지고 있다. 반도체, 디스플레이 공정에서 생산 수율 저하의 주요 원인으로써 공정 중 발생하는 미세 오염 입자를 들수 있다. 반도체 및 디스플레이 공정에서 세정 기술은 전체 기술의 30% 이상을 차지하며 생산 수율 및 제품의 품질에도 큰 영향을 주는 공정이다. 세정 공정은 일반적으로 습식 세정 공정이 낮은 공정비용을 바탕으로 널리 적용되어 왔으나, 기판의 대형화와 패턴의 미세화에 따라 정밀한 세정 스펙이 요구되며 더불어 막대한 양의 초순수와 화학액의 사용으로 인한 공정비용 증가와 환경 규제 강화에 따른 폐수 처리의 문제에 직면하고 있다. 이에 따라 폐수의 양을 줄이며 건조공정을 필요로 하지 않아 공정비용을 줄일 수 있는 건식 세정 공정에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. $CO_2$ snow jet 세정 기술은 건식 공정으로써 $CO_2$ 가스를 특수하게 제작된 분사 노즐에서 고압으로 가스를 분사하여 이 때 발생되는 순간적인 감압에 의한 단열 팽창으로 생성된 $CO_2$ snow 입자가 기판 표면의 오염물과 물리적 충돌을 하어 세정이 이루어지는 기술이다. 특히 $CO_2$ 세정은 환경과 인체에 무해하며 공정 후 바로 승화하기 때문에 추가적인 폐수처리 공정 등이 필요하지 않고, 건식 공정으로써 수세(Rinse) 공정을 필요로 하지 않기 때문에, 공정비용을 크게 줄일 수 있으며 물반점 발생을 방지 할 수 있는 친환경 건식 공정으로써의 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 자체적으로 개발한 $CO_2$ snow jet을 바탕으로 하여 다양한 공정조건을 변화시켜 세정효율을 측정하는 한편, 최적화 하기 위한 연구를 진행하였으며 더불어 $CO_2$ snow의 세정력을 정량적으로 평가하기 위한 연구를 진행하였다. 실험을 통해 가장 효과적으로 $CO_2$ snow 입자를 배출 할 수 있는 공정 조건으로써 5 bar의 캐리어 가스 압력을 사용하여, 세정력에 가장 큰 영향을 줄 수 있는 분사 노즐과 기판 사이의 거리 및 분사 노즐의 각도 등을 변화시켜 각 조건에 따른 세정효율을 평가하였다. 세정 오염물은 Silica, PSL 표준 입자(Duke scientific, USA)를 정량적으로 웨이퍼에 오염 시킨 후, 파티클 스캐너(Surfscan 6500, KLA-Tencor, USA)를 이용하여 세정 전 후의 오염입자 개수 변화를 통해 정량적으로 세정효율을 평가하였다. 본 연구를 통하여 $CO_2$ snow jet를 이용한 친환경 고효율 건식 세정 공정 메커니즘을 분석하였으며, 노즐과 기판 사이의 간격 및 분사 노즐의 각도 등을 최적화 한 세정 공정을 얻을 수 있었다.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2016.03a
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• pp.537-540
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• 2016

유체역학적 추력 방향 제어(Fluidic Thrust Vector Control) 방법 중 하나인 동축류 제어 유동 분사를 이용한 추력 방향 제어(Co-flow Thrust Vector Control)의 작동 특성에 대해서 연구하였다. 이 제어 방법은 점성 유동이 벽면에 부착되어 흐르는 코안다 효과(Coanda Effect)를 이용하여 주 유동을 편향 시키는 방법으로서 그 편향각은 이러한 제어 유동 노즐 출구의 플랩 형상에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이 연구에서는 출구 플랩 형상을 여러 가지로 바꾸어 가며 주 유동의 전압력 300kPa일 때 제어 유동의 편향각이 포화되는 제어유동의 전압력을 측정하였다. 그 결과 쐐기형 플랩의 각도가 증가할수록 포화 영역에서의 편향각은 증가하며 그 각은 플랩의 각도와 일치한다. 그러나 각도가 증가할수록 제어 유동이 플랩의 벽면을 지나면서 팽창파에 의해 가속되어 충격파을 발생시키게 되고 이 충격파는 주 유동에게까지 전파되어 주 유동 제트의 속도를 감소시킨다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.303-303
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• 2013

표면에 부착된 나노/마이크로 입자는 다양한 분야에서 오염물질로 작용한다. 특히 형상이 미세하고 공정 단계가 복잡한 반도체 및 디스플레이 등의 전자 소자 공정에서 미치는 영향이 크다. 따라서 입자상 오염물질의 제거에 관하여 상용화된 습식 세정 방법이 다양하게 존재하지만 표면 손상, 화학 반응, 부산물, 세정 효율 등 여러 가지 문제점이 있어 새로운 세정 방법이 요구된다. 이에 건식 세정 방법, 그 중에서도 입자의 충돌을 통해 제거하는 방법인 에어로졸 세정, 필렛 세정 등이 개발되었으나 마이크로 크기로 생성되는 입자로 인하여 형상의 손상이 크다. 따라서 본 연구에서는 나노 단위로 기체/고체 혼합물만 생성하여 세정하는 가스 클러스터 세정 방법을 이용하여 이러한 문제점을 해결하고자 하였다. 클러스터 세정 장비를 이용한 표면 처리는 충돌에 의한 제거에 기반한다. 따라서 생성 및 가속되는 클러스터로부터 대상으로 전달되는 운동량의 정도가 세정 특성에 영향을 미치며 이는 생성되는 클러스터의 크기에 종속적이다. 생성 클러스터의 크기 분포는 분사 거리, 유량, 분사 각도, 노즐 냉각 온도 등의 변수에 관한 함수이다. 따라서 본 연구에서는 $CO_2$ 클러스터를 이용한 세정 특성을 정의 및 제어하기 위하여 생성되는 클러스터 특성에 관하여 이론적, 수치 해석적, 실험적 연구를 수행하였다. 먼저, $CO_2$의 물리적 특성 및 이를 이용한 특정 크기 오염 물질을 제거하는데 요구되는 임계 클러스터 크기 계산을 이론적으로 구하였다. 이는 오염물질의 부착력과 클러스터의 운동량 전달에 의한 제거력의 비교를 통해 이루어졌다. 두 번째로 클러스터 크기분포를 수치 해석적으로 예측하기 위하여 각 조건에 대하여 유동해석을 수행하고 이를 통해 구해진 노즐 내 기체의 냉각 속도를 GDE (General Dynamic Equation) 계산에 대입하여 구하였다. 마지막으로 PBMS(Particle Beam Mass Spectrometer)를 이용하여 실험적으로 클러스터 크기분포를 각 조건에 대하여 구할 수 있었다. 또한 크기 분포 경향에 대한 간접적 확인을 위하여 포토레지스트가 코팅된 웨이퍼에 클러스터의 충격으로 생성된 크레이터 크기의 경향을 분석하였다. 이와 같은 방법에 의하여 생성되는 클러스터는 노즐의 유량 증가, 온도 상승에 각각 비례하여 작아지는 것을 확인할 수 있었다.