• 한국가스학회지
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• 제13권6호
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• pp.21-28
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• 2009

본 연구의 목적은 온도 성층화와 농도 성층화의 효과가 HCCI 연소에서 압력상승률 저감과 배기가스에 어떤 영향을 미치는지 알아보는 것이다. 2단계 열발생이 생기는 디메틸에테르(Di-Methyl Ether, DME) 연료를 사용하였다. 수치계산은 멀티 존 모델과 상세 화학 반응 스킴을 이용하였다. 수치계산 결과, 온도 성층화와 농도 성층화는 연소기간을 길게 하여 압력상승률을 저감시키는 것을 확인하였다. 그러나 농도 성층화의 폭이 너무 커지면 오히려 일산화탄소와 질소산화물이 증가하였으며, 연소 효율은 감소하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.19-25
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• 2010

The purpose of this study is to gain a better understanding of the effects of fuel stratification on reducing the pressure-rise rate at high load in HCCI combustion. It was found that fuel stratification offers good potential to achieve a staged combustion event and reduced pressure-rise rates. The engine is fueled with Di-Methyl Ether (DME) which has unique 2-stage heat release. Numerical analysis is conducted with single and multi-zones model and detailed chemical reaction scheme is done by chemkin and senkin. Calculation result shows that proper fuel stratification prolongs combustion duration and reduce pressure rise rate. Besides IMEP, combustion efficiency and indicated thermal efficiency keep constant. However, too wide fuel stratification increases pressure rise rate and CO and NOx emissions in exhaust gas.

• 한국가스학회지
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• 제15권3호
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• pp.39-46
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• 2011

본 연구에서는 DME와 n-Butane 연료를 사용하여 혼합연료 및 성층화효과가 HCCI 연소 특성에 미치는 영향을 화학반응수치계산을 통해서 알아보고자 한다. 우선, 기존에 완성된 DME와 n-Butane 반응스킴을 이용하여 새로운 화학 반응 모델을 만들고 기존의 DME 화학 반응 모델과 n-Butane 화학 반응 모델과 비교하여 유효성을 확보한다. 나아가, 자발화 특성이 다른 DME와 n-Butane 두 연료의 혼합비 변화에 따른 HCCI 연소 특성을 파악한다. 마지막으로, 혼합 연료를 각각 성층급기 했을 경우에 압력상승률 저감 효과를 파악 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.143-143
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• 2023

최근 대청댐('17), 평림댐('19) 등 광역 취수원에서 망간의 먹는 물 수질기준(0.05mg/L 이하) 초과 사례가 발생되어, 다수의 민원이 제기되는 등 취수원의 망간 관리 중요성이 부각되고 있다. 특히, 동절기 전도(Turn-over)시기에 고농도 망간이 발생되는 경우가 많은데, 현재 정수장에서는 망간을 처리하기 위해 유입구간에 필터를 설치하고 주기적으로 교체하는 방식으로 처리하고 있다. 그러나 단기간에 고농도 망간 다량 유입 시 처리용량의 한계 등 정수장에서의 공정관리가 어려워지므로 사전 예측에 의한 대응 체계 고도화가 필요한 실정이다. 본 연구는 광역취수원인 주암댐을 대상으로 망간 예측의 정확도 향상 및 예측기간 확대를 위해 다양한 머신러닝 기법들을 적용하여 비교 분석하였으며, 독립변수 및 초매개변수 최적화를 진행하여 모형의 정확도를 개선하였다. 머신러닝 모형은 수심별 탁도, 저수위, pH, 수온, 전기전도도, DO, 클로로필-a, 기상, 수문 자료 등의 독립변수와 화순정수장에 유입된 망간 농도를 종속변수로 각 변수에 해당하는 실측치를 학습데이터로 사용하였다. 그리고 데이터기반 모형의 정확도를 개선하기 위해서 성층의 수준을 판별하는 지표로서 PEA(Potential Energy Anomaly)를 도입하여 데이터 분석에 활용하고자 하였다. 분석 결과, 망간 유입률은 계절 주기에 따라 농도가 달라지는 것을 확인하였고 동절기 전도시점과 하절기 장마기간 난류생성 시기에 저층의 고농도 망간이 유입이 되는 것을 분석하였다. 또한, 두 시기의 망간 농도의 변화 패턴이 상이하므로 예측 모델은 각 계절별로 구축해 학습을 진행함으로써 예측의 정확도를 향상할 수 있었다. 다양한 머신러닝 모델을 구축하여 성능 비교를 진행한 결과, 동절기에는 Gradient Boosting Machine, 하절기에는 eXtreme Gradient Boosting의 기법이 우수하여 추론 모델로 활용하고자 하였다. 선정 모델을 통한 단기 수질예측 결과, 전도현상 발생 시기에 대한 추종 및 예측력이 기존의 데이터 모형만 적용했을 경우대비 약 15% 이상 예측 효율이 향상된 것으로 나타났다. 본 연구는 머신러닝 모델을 활용한 망간 농도 예측으로 정수장의 신속한 대응 체계 마련을 지원하고, 수처리 공정의 효율성을 높이는 데 기여할 것으로 기대되며, 후속 연구로 과거 시계열 자료 활용 및 물리모형과의 연결 등을 통해 모델의 신뢰성을 제고 할 계획이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권5호
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• pp.449-456
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• 2010

HCCI 엔진은 고효율, 저공해를 실현할 수 있는 차세대 내연기관이다. 그러나 HCCI 엔진이 상용화되기 위해서는 몇 가지 문제점들이 해결되어야 한다. 그 중에서 가장 큰 문제점은 과도한 압력 상승률이 노킹을 발생시키기 때문에 운전영역이 제한되는 것이다. 이번 연구의 목적은 HCCI 엔진에서 압력상승률 저감을 위하여 온도 성층화와 농도 성층화 효과를 조사하는 것이다. 그리고 Multi-zone 모델을 이용한 화학반응 수치해석을 통하여 연소 및 배기가스 특성에 미치는 영향을 알아보았다. 수치해석에서 2 단계 열발생을 가지는 DME와 1단계 열발생을 가지는 메탄을 사용하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1373-1377
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• 2008

강우-유출에 의해 성층화된 저수지로 유입하는 하천수는 저수지 표층에 비해 낮은 수온과 높은 부유물질(SS) 농도를 가지므로 저수지 표층수보다 상대적으로 높은 밀도를 유지한다. 하천으로부터 유입한 밀도류는 유속에 의한 관성력이 두 수체의 밀도차에 의한 음의 부력보다 큰 구간까지는 저수지 표층을 따라 진행하지만, 두 힘이 같아지는 지점에서 밀도류는 더 이상 진행하지 못하고 저수지 수면 아래로 침강하며 이 과정에서 수체간의 많은 혼합이 일어난다. 따라서 홍수시 유입한 탁수의 침강점에 대한 정확한 예측은 수질관리를 위한 현장조사, 그리고 탁수거동 해석 및 최적관리대책 마련에 중요한 요소이다. 본 연구의 목적은 홍수시 대청호로 유입하는 하천 밀도류의 침강위치를 홍수규모별로 경험식과 수치모델을 통해 산정함으로써 두 방법 간의 장 단점을 비교하고, 탁수 현장조사와 최적관리를 위한 기초정보를 제공하는데 있다. 유입수의 모의조건은 그 동안 대청호에서 발생한 홍수 크기를 기준으로 9개의 등급으로 나누었으며, 저수지 성층조건은 여름철 탁수가 유입되기 전의 발달된 성층구조를 적용하였다. 유입수와 저수지 성층구조의 특성치는 밀도 Froude 수($Fr_i$)로 나타냈으며, $Fr_i$ 조건별로 침강점 위치를 저수지 단면을 삼각형태로 가정한 Hebbert et al.(1979) 경험식과 2차원 수치모델로 산정하여 그 결과를 비교하였다. 대청호로 유입한 탁수는 홍수규모에 따라 대정리 수역에서 회남수역 사이 구간에서 침강하였으며, $Fr_i$ 값이 클수록 침강점 수심이 깊어지는 경향을 보였다. 경험식으로 산정한 침강점 수심은 정상상태 조건을 가정하므로 홍수에 의한 수위변화를 고려하지 못하며, 실제의 불규칙한 하상표고를 일정한 하상경사로 가정하기 때문에 2차원 모델의 결과보다 과대산정하는 경향을 보였다. 따라서 홍수가 연속해서 발생하며 수위변화가 심한 국내 저수지 여건에서 하천 유입 밀도류의 거동을 보다 정확히 예측하기 위해서는 2차원 또는 3차원 수치모델을 적용하는 것이 타당할 것으로 판단된다.

• 에너지공학
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• 제2권1호
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• pp.54-67
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• 1993

CC1$_4$/CH$_4$/공기로 이루어진 예혼합 화염에 대한 2종류의 난류반응 모델을 Dow 케미칼사의 3차원 로타리 킬른 소각로에 적용하여 그 타당성을 확인하였다. 첫번째 난류반응 모델은 반응률이 반응물질의 난류혼합 속도에 지배된다는 fast chemistry 모델(모델 1)이고, 두번째 모델은 비평형 난류반응 모델(모델 2)로서 열량이 낮고 화염 억제 작용이 있는 산업폐기물인, CC1$_4$존재에 따른 반응감속을 연소속도 자료에 의해 고려한 모델이다. 수치해석의 결과에 의하면 CC1$_4$의 화염억제 작용을 적절히 고려한 두번째 비평형 난류반응 모델은 Dow 케미칼사 로타리 킬른의 출구에서 실험적으로 나타나는 농도 성층화 현상을 정성적으로 규명할 수 있었으며, CC1$_4$/CH$_4$몰비 변화에 따른 연소반응 지연 양상도 확인할 수 있었다. 기타 두 모델에 대한 비교 및 유동의 결과를 자세히 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.253-257
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• 2010

최근 들어 이상 강우 현상으로 인한 기록적인 집중 강우와 더불어 토지 이용 변화로 인해 탁수의 발생 빈도가 증가하고 있다. 강우 유출로 유입한 탁수는 저수지 내 장기간 체류하면서 하류 하천의 수질 및 수생태계 뿐만 아니라 저수지 내부의 영양단계에도 많은 영향을 준다. 특히, 성층화된 저수지의 경우 높은 영양염류 농도를 포함한 탁수는 밀도류 거동 특성을 보이면서 수평 및 수직 혼합 과정을 거치면서 국부적인 부영양화 현상과 조류의 수화 현상의 원인이 되고 있다. 따라서 대형 저수지의 수질관리에 있어 하천 유입 탁수의 밀도류 해석, 저수지의 수온 성층 구조 변화, 부유입자의 동력학적 해석이 중요한 요소로 부각되어 왔다. 본 연구에서는 소양호를 연구 대상 지역으로 선정하여 2005년과 2007년 수문 사상을 바탕으로 2차원 횡방향 수치 모형을 구축하였다. 수치모형을 통해 수온 성층 구조의 재현성을 확인하였으며, 다양한 탁수 거동 모형을 구축하여 적용성을 평가하였다. 유입수의 SS(Suspended Solid)를 단일 입경으로 가정한 TM-1 모형, SS의 입경분포에 따라 3개의 그룹(SSi)으로 구분한 TM-2 모형, 3개 그룹을 포함하면서 저수지내 탁수 장기화로 인한 탁수 저감 효과를 1차 반응상수로 매개 변수화(유기물 함량($a_0$) ${\times}$ 분해속도(${\lambda}_a$))하여 수정된 지배방정식을 적용한 TM-3 모형을 사용하였다. 각각의 탁수 거동 모형은 2005년과 2007년 수문 조건에서 수온 성층 구조를 잘 재현하였다. TM-1 모형과 TM-2 모형을 비교해보면, 탁수 중심축의 최고 탁도에 대한 예측 성능은 TM-2 모형이 우수한 결과를 나타냈었다. 하지만, 장기 탁수 모의 시 저수지 수중 잔류 SS가 지속적으로 높게 나타나 중층 탁도를 과대평가하는 경향을 보였다. TM-3 모형이 TM-2 모형에 비해 수심별 탁도 분포에 대한 중심축 탁도가 저평가되는 경향을 보였지만 저수지 내 잔류 탁도에 대한 영향 부분에서는 개선된 결과를 나타내었다. 본 연구 결과는 저수지 탁수 밀도류 해석 및 운영 시스템에 활용 될 수 있으며, 선택 취수 설비 등의 수리 구조물의 영향 평가에 활용할 수 있다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제20권4호
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• pp.58-64
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• 2006

부분배연설비를 가지고 있는 침매터널에서 화재시 배연효율을 분석하기위해 풀화재를 이용하여 축소모형실험을 수행하였다. 화재가 발생하였을 때 주위 유동이 없는 경우인 자연배연과 임계속도로 제트팬을 가동하는 강제배연의 경우에 터널내의 온도와 연소가스 농도를 측정하였다. 자연배연에 비해 강제배연은 화재발생 초기에 화원과 터널 내 기류와의 급격한 혼합에 의해 성층화 정도가 미미해지고 보다 낮은 온도를 화원주위에서 얻을 수 있었다. 이러한 급격한 혼합은 터널 상부에 위치한 부분제연 갤러리의 효율을 변화시키는데, 자연배연인 경우에 약 30%의 배연효율이 증가되었다. 일산화탄소 농도계측으로 얻어진 배연효율은 등온기체모델을 사용한 선행연구와 비교하여 거의 일치하는 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과는 침매터널 화재시 승객의 안전한 대피를 위한 부분배연설비의 최적 운전방안으로 제시된다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권8호
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• pp.813-821
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• 2005

강릉 오봉호의 수온 및 탁수 거동에 관한 모델 연구 결과가 본 논문에 제시되었다. 농업용수 공급을 위해 1983년 만들어진 이 호수는 현재 하류 지역의 수자원 확보와 홍수 방지를 위하여 저수용량을 확대하는 재개발이 검토되고 있다. 횡방향 평균화 2차원 수리 수질 모델인 미공병단의 CE-QUAL-W2를 현재 상태와 재개발 후의 호수에 적용하였다. 2001년과 2003년에 관측된 수위와 수온 측정 자료를 이용하여 모델을 보정하고 검증하였으며, 측정 값과 모델 값이 적절한 일치를 보였다. 검증된 모델을 이용하여 댐 재개발이 수온과 수체 흐름에 미치는 영향을 예측한 결과 재개발 후에는 표층과 심층의 수온 구배가 강하게 나타나고, 낮은 수온을 가진 심층이 확대되나, 겨울과 봄에는 수직 수온 분포 형태가 재개발 전과 후 모두 비슷한 것으로 나타났다. 이는 댐 재개발이 여름철 호수 수온 성층현상을 더욱 강하게 만들고 지속시간을 길게 할 것임을 의미한다. 예측된 수체 이동현상을 관찰한 결과 재개발 전에는 상류의 탁수는 호수의 중층과 심층사이에 유입되어 부유물질이 천천히 침강하는 것으로 나타났다. 그러나 재개발 후에는 강한 성층현상이 나타나기 때문에 밀도가 비슷한 중층에 유입 탁수가 오래 머물 것으로 예측되었다. 또한 재개발로 인하여 댐 부근의 부유물질 농도가 크게 감소할 것이 예측되었다.