• 자원환경지질
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• 제52권1호
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• pp.37-48
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• 2019

이산화탄소 지중저장 수행 중 저류층 내부에서 나타나는 비혼성 유체의 대체 과정은 다공성 매체의 공극 표면에 대한 각 유체의 습윤 특성에 따라서 배수(drainage)와 흡수(imbibition)로 구분되는데, 각 과정 동안 나타나는 비혼성 유체 간의 거동 및 포획 양상을 이해하는 것은 주입 효율성 및 저장 안정성을 평가하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 다공성 매체 내 주기적인 배수와 흡수 과정의 수행을 통해 공극 구조 내 비혼성 유체의 거동 양상 및 분포의 변화를 분석하고자 하였다. 이를 위하여 2차원 마이크로모델 내부로 이산화탄소와 공극수의 대체 유체로서 선정된 헥산과 탈이온수를 주기적으로 교차 주입하는 실험을 수행하였다. 관측 결과를 이용하여 각 유체 주입 과정에서 나타나는 두 비혼성 유체의 거동 양상을 비교 분석하고, 잔류 유체의 포화도를 산정하였다. 분석의 결과로서 헥산과 탈이온수의 잔류 포획 유형을 기작에 따라 습윤성(wettability), 모관압(capillarity), 막다른 공극(dead end zone), 포위(entrapment) 그리고 우회(bypassing)로 구분하였다. 또한, 교차 주입이 거듭됨에 따라 공극 구조 내에서 주입 유체의 흐름 경로는 주 흐름 경로(main flow channel)를 중심으로 단순화되었으며, 이로 인하여 주입 유체의 대체 효율은 일정한 값으로 수렴하였다. 실험적 관측과 분석의 결과는 실제 이산화탄소 지중저장 환경에서 습윤성-비습윤성 유체의 주기적인 교차 주입이 야기하는 저장층 내 비혼성 유체의 거동과 분포, 그리고 주입 유체의 대체 효율을 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2010년 춘계학술대회논문집
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• pp.446-447
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• 2010

최근 개발된 니켈 초합금 금속폼은 기존의 매연저감장치 신소재로 여겨지고 있다. 금속폼은 세가지 두드러진 특징을 갖고 있다. 첫째, 금속폼은 큰 기공의 다공성 매질로써 매연을 포집하여 축적할 수 있는 용량이 기존 필터에 비해 상대적으로 크며 그로인하여 재생 시 연소 안전성이 두드러진다. 둘째, 복잡하고 굴곡있는 기공 구조와 큰 비표면적은 물질전달 특성을 향상시켜 촉매 적용 시 촉매의 전환성능을 향상시키고 그로 인하여 귀금속 촉매량을 줄일 수 있는 장점이 있다. 셋째, 금속폼은 다양한 기공크기를 가지며, 다양한 조합의 금속폼을 개발할 수 있어 요구 성능에 따른 최적의 필터 설계를 가능케 한다. 이번연구에서는, 금속폼의 필터 성능을 다양한 실험을 통하여 측정 평가하며, 이런 이해를 기반으로 필터로 제작하여 엔진실험벤치에서 그 성능을 검증하였다. 필터의 성능은 수트 포집효율과 그에 따른 필터의 압력강하와 촉매 활성 능력으로 평가되었다. 이러한 실험과 병행하여 금속폼에서의 수트 포집과정을 모델링하고 이를 상용 프로그램인 CFD-ACE+에 추가하여 설계전용 프로그램을 개발하였으며, 엔진실험결과와 비교 검증하였다. 본 논문에서는 금속폼의 높은 매연축적용량과 향상된 물질전달 특성이 어떻게 필터의 귀금속 촉매와 체적을 줄일 수 있는지 제시하고 있다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제12권3호
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• pp.245-251
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• 2014

사용후핵연료 파이로 공정은 전기화학 이론들에 기초하여 개발되고 있다. 공정 모사는 공정 개발과 실험데이터 해석에 주요한 방법 중 하나로 파이로 공정에서도 필요한 접근 방법 중 하나이다. 현재까지 파이로 공정의 공정 모사는 전해정련 공정 위주로 진행되어 왔으며 전해환원 공정에 대한 연구는 많지 않았다. 전해환원 공정은 전해정련 공정과 달리 기체 발생과 다공성 전극의 특징을 지니고 있기 때문에 공정 모사를 위한 모델 개발을 위해서는 이를 고려한 수식들이 필요하게 된다. 본 연구에서는 전기화학 셀 해석에 필요한 열역학, 물질전달, 반응공학 이론 중 전해환원 공정 모델 개발에 필요한 개념과 수식들을 정리하여 제시하였다. 전해환원 셀을 구분하여 각 부분에 적용해야하는 수식들을 나열했으며 각 부분들 연결에 사용되는 경계조건들 역시 제시하였다. 이들 수식들은 추후 모델 개발에 기초로 사용될 수 있으며 실험데이터와 결합시켜 결정되어야 하는 매개변수 파악에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.697-700
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• 2008

본 논문은 유변학을 이용한 합리적인 크리프 예측 모델의 개발을 목표로 한다. 유변학은 응력에 의해 물질에 변형이 유발되었을 때, 변형과 응력 사이의 관계를 규명하는 학문으로 콘크리트와 같은 다공성의 점탄성 구조체의 변형 규명에 효과적이다. 본 논문에서 제안된 모델은 시간 의존성 여부와 발생 메커니즘에 따라 탄성거동, 장기크리프, 시간 의존적 단기크리프 그리고 시간 독립적 단기크리프로 나뉘며, 이와 같은 현상의 분류는 실제 실험값의 시간 경과에 따른 변형 양상을 근거로 한 것이다. 각 부분의 계수 추정 과정에서는 이론(미세프리스트레스 고체화 이론, Microprestress-solidification theory) 및 설계기준(CEB-FIP MC R99)을 최대한 활용하여 모델의 합리성의 높일 수 있도록 하였으며, 부득이하게 이론적 접근이 어려운 경우에는 제한적으로 수치적 접근을 시도하였다. 끝으로 수립된 모델을 실제 실험 데이터에 적용한 결과를 기존의 기준식 및 이론식의 적용 결과와 비교 평가 하였다.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 1996년도 춘계 총회 및 학술발표회
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• pp.65-66
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• 1996

투과증발법은 상부에 액체공급액이 반투과막과 접촉하고 있고 하부에 진공에 가까운 낮은 압력을 걸어줌으로써 투과물이 수증기로 제거되는 막공정의 하나이다. 막을 통한 분리는 혼합물의 각 성분이 막내에서 다른 용해도와 확산도를 가지고 있기 때문에 발생한다. 이 공정의 지배적인 전달 메카니즘은 용해-확산 모델을 기초로 하고 있기 때문에 전형적으로 투과증발막은 대개 미세다공성 지지체에 얇은 선택성을 가진 재료를 입힌 복합막을 사용한다. 본 연구의 목적은 선택성을 가진 상부층막이 키토산인 복합막에서 지지체 구조의 영향을 살펴보고 키토산 복합막에 대한 물-에탄올 분리에 대해 최적의 모델을 찾는 것이다. 투과증발막소재로서의 키토산은 친수성기를 가지고 있으므로 물과 알코올의 분리에서 물만을 선택적으로 흡수하여 투과시키는 우수한 성능을 지니고 있으나 더욱 효과적인 막성능을 발휘하기 위해서는 지지체의 역할 및 막성능에 영향을 끼치는 여러 가지 인자들을 고려해서 막을 설계하는 것이 필요하다. 여기서는 상부층의 막두께, 지지체의 특성, 피드 농도 등을 변화시켜 가장 적당한 모델을 예측하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권2호
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• pp.157-163
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• 2010

고체산화물연료전지는 세라믹 물질로 이루어지며, 세라믹 물질의 물성치는 작동조건에 따라 달라진다. 따라서, 높은 신뢰성을 가지는 시뮬레이션 모델을 개발하기 위해서는 세라믹 물질의 물성치를 정확하게 예측할 수 있어야한다. 본 논문에서는 고체산화물연료전지의 성능에 영향을 미치는 여러가지 물성치를 선택하고 그 물성치를 위한 시뮬레이션 모델이 개발되었다. 개회로전압을 위한 깁스에너지, 활성화손실을 위한 교환전류밀도, 저항손실을 위한 전기전도도가 계산되었다. 또한, 다공성 전극 내부의 물질전달 해석을 위해서 분자확산과 누센확산을 함께 고려하는 유효확산계수가 계산되었다. 이러한 계산과정 후에 물성치 모델과 전기화학반응 모델이 동시에 시뮬레이션 되었다. 해석코드의 검증을 위해서 전산해석 결과는 실험결과 및 Chan 등에 의해서 수행된 이전 연구결과와 비교되었다.

• 물과 미래
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• 제29권5호
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• pp.215-222
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• 1996

본 논문에서는 다공성 매질의 특수율이 비정체형인 경우 대수투수계수-수두 교차공분산에 관한 식을 유도하였으며, 이 교차공분산은 수두분포로부터 특수장의 통계학적 특성을 유추하는데(inverse problem) 매우 중요한 역할을 담당한다. 비정체형 대수투수계수는 일정한 선형경향과 정체형인 미소 변동의 합으로 구성되었으며, 2차원 포화대수층에서 정상 유동문제를 추계학적으로 해석하여 수두분포를 얻었고 이로부터 교차공분산을 유도하였다. 투수계수의 상관함수가 가우스분포를 가지고 그 경향이 수두 경사와 평행이거나 직교하는 두 가지 경우에 대하여 교차공분산을 살펴 본 결과, 투수장의 경향이 주 흐름방향과 평행한 경우 흐름방향 쪽만 제외하고는 정체형임이 밝혀졌다. 또한, 흐름방향과 직교하는 쪽으로의 교차공분산은 정체형 모델 결과와 달리 영이 아님를 알 수 있었다. 따라서 지하수 유동이나 오염물질 확산문제를 다룰 경우, 투수계수장에 어떤 경향이 존재한다고 의심될 때에는 반드시 그 경향을 해석과정에 포함시켜야 한다.

• 청정기술
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• 제8권3호
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• pp.141-149
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• 2002

본 연구에서는 공기청정 시스템의 최적설계에 필요한 자료를 획득하기 위하여, 광촉매 필터 부분을 포함한 전체 시스템의 유동저항 특성을 수치해석 방법으로 연구하였으며, 이를 위해 광촉매 필터의 압력 강하량을 예측한 후, 이 결과를 바탕으로 광촉매 필터를 다공성 매질로 대체하여 전체 시스템의 해석에 이용하였다. 연구과정 중에 사용된 광촉매 필터는 원관형 필터로서 내경 6 mm와 20 mm의 두 가지 모델이 고려되었다. 내경 6 mm의 원관형 촉매는 내경 20 mm의 촉매에 비해 약 3배 높은 압력 강하량을 보였으며, 여러 개의 원관을 체결하기 위해 사용되는 촉매 하우징이 장착된 경우에 대해서도 해석을 수행하였다. 하우징이 있는 경우 압력 강하는 하우징이 없는 경우에 비해 약 8배 증가하였다. 전체 시스템의 유동장을 계산하기 위해 모사된 다공성 매질은 광촉매 필터의 특성을 1% 미만의 오차로 정확히 모사하고 있으며, 이를 이용하여 전체 시스템을 해석할 수 있었다.

• 자원환경지질
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• 제54권1호
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• pp.105-115
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• 2021

대규모로 포집된 이산화탄소를 고갈된 석유·가스 저류층, 대염수층과 같은 심부 지질구조에 주입하는 이산화탄소 지중저장은 대기중 CO2 배출을 저감하기 위한 가장 유망한 기술 중 하나로 연구되고 있다. 이산화탄소 지중저장은 공극수로 포화된 다공성 지질 구조 내부로 초임계상 이산화탄소를 주입함으로써 그 흐름이 공극수와 비혼성 대체를 일으키며 진행된다. 따라서, 공극 구조 내에서 초임계상 이산화탄소와 공극수의 거동과 분포, 그리고 그 결과로 나타나는 대체효율은 두 유체의 상호작용에 의해 좌우되는데, 특히, 점성력과 모세관력은 지질 구조 내부의 환경 조건과 주입 조건에 의해 결정된다. 본 연구에서는 상온상압조건에서 대체유체를 수적법에 적용하여 고온고압조건에서 계면활성제가 초임계상 이산화탄소와 공극수 간 계면장력에 미치는 영향을 산정하였다. 또한, 다공성 매체 내에서의 비혼성 유체의 거동과 분포 양상을 관찰함으로써 계면활성제 농도가 초임계상 이산화탄소의 대체율에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위하여 초임계상 이산화탄소와 공극수의 대체 유체로서 헥산과 탈이온수를 적용하는 마이크로모델 실험을 수행하였으며, 공극 구조 내로의 헥산 주입에 의한 탈이온수의 대체 과정을 정량적으로 분석하기 위하여 이미징 시스템을 통해 두 유체의 비혼성 대체 양상에 관한 이미지를 확득하여 분석하였다. 실험의 결과는 계면활성제의 첨가는 낮은 농도에서도 헥산과 탈이온수 간 계면장력을 급격하게 감소시키며 이후 농도가 증가함에 따라 일정한 값에 접근하는 양상을 보여주었으며, 이러한 변화는 다공성 매체 내부의 공극 규모에서 진입 유체의 흐름 경로에 직접적인 영향을 미침으로써 평형 상태에서 헥산의 대체율에도 동일한 효과를 나타내는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 다공성 매체 내에서 일어나는 비혼성 유체의 대체에 관한 중요한 정보를 제공하며, 계면활성제의 적용이 이산화탄소 지중저장의 효율을 향상시킬 수 있는 가능성을 보여주었다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2004년도 춘계학술대회 논문요약집
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• pp.239-239
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• 2004

화학적 기계연마 공정(CMP)은 반도체 웨이퍼를 수 천$\AA$m/min의 MRR로 2$\mu\textrm{m}$ 이내의 W(Total Thickness Variable) 조건을 만족시키는 초정밀 광역 평탄화 기술이다. 일반적인 CMP 방법은 서로 다른 회전 중심을 갖고 동일한 방향으로 회전하는 웨이퍼와 다공성 패드 사이에 연마액인 슬러리를 넣어 연마하는 것이다. CMP 공정기술은 1990년 대 중반에 개발되었으나, 아직까지 연마 메커니즘이 완벽하게 밝혀지지 않았다. 따라서 장비를 최적화하기 위해 실험에 의존적일 수밖에 없으나, 이러한 방법은 막대한 자금과 노력뿐만 아니라 상당한 시간을 필요로 하기 때문에, 앞으로 가속될 연마대상 재료의 변화 및 다양한 속도에 발맞출 수 없다.(중략)