• 멤브레인
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• 제30권4호
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• pp.242-251
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• 2020

고분자 소재 및 이를 이용하여 제조된 분리막에 주로 활용되는 전산모사 도구들은 모사대상의 크기 및 모사하고자 하는 시간에 따라 여러 가지 분야로 나뉘어진다. 본 총설에 소개되는 전산모사는 그 중에서 전산재료화학에 주로 사용되는 양자역학(quantum mechanics; QM), 분자동역학(molecular dynamics; MD), 메조스케일 전산모사(mesoscale modelling), 이렇게 3가지로 분류된다. 고분자 연구에서 사용되는 전산모사는 각각의 전산모사의 종류마다 연구내용이 달라지는데, 양자역학은 분자, 원자, 전자 등 미시적인 계의 현상을 다루어 작은 크기의 현상을 연구하고, 분자동역학은 원자들 사이의 퍼텐셜 또는 힘이 주어졌을 때 뉴턴의 운동방정식에 따른 원지 및 분자의 움직임을 수치적으로 풀어내고, 메조스케일 모델링은 원자들을 묶어서 그룹형태로 만들어 비드를 형성해 비교적 큰 분자량에서 계산시간을 줄여 거시적으로 판단하는 연구가 된다. 본 총설에서는 고분자 및 고분자 분리막에 주로 활용되는 다양한 전산모사 프로그램을 위에서 분류한 3가지 종류로 나누어 각각의 특징과 사용분야 등을 소개하고자 한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권1호
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• pp.10-24
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• 2013

본 논문은 과학 및 공학에서 폭넓게 연구되고 있는 다규모 모사(multiscale simulation; MSS)에 대하여 간단하게 그 현황을 살펴본 후, 이러한 MSS를 공정개발에 효과적으로 적용하기 위하여 공정개발을 위한 PD-MSS (MSS for process development)를 제시한다. 4단계로 제시된 PD-MSS는 PLS(공정수준모사), FLS(유체수준모사), mFLS(미세유체수준모사), 그리고 MLS(분자수준모사) 로 구성된다. 각 규모의 특징과 주요 기법들, 그리고 이들 4개 규모 간 연관성을 설명한다. PD-MSS의 예로서 흡수탑, 유동층 반응기, 그리고 흡착공정의 모사가 소개된다. 성공적인 다규모 모사(MSS)를 위하여 다규모적 화학공학 문제들에 대한 이해, 각 규모 및 규모간 자연현상을 표현할 수 있는 모델 개발, 수학적 모델을 전산상에서 구현할 수 있도록 하는 소프트웨어 개발, 그리고 계산을 수행하는 하드웨어에서의 조화로운 발전이 필요하다. 다규모 모사는 모사결과의 정확도(accuracy), 컴퓨터의 계산능력(computation capacity), 그리고 효율성(efficiency)을 제한 조건으로 주어진 문제에 접근해야 할 것이다. 거시적 규모와 미시적 규모는 상대적으로 잘 정리되어 있지만, 이들 사이인 중간규모(mesoscale) 에서의 모델은 병목현상을 보이고 있다. 따라서 물리적 현상을 신뢰성 있고, 정확하게 예측하기 위하여 중간규모에 대한 많은 연구가 요구된다. 시작단계에 불과한 PD-MSS는 공정개발에 있어서 시간과 비용을 절감할 수 있는 지속 가능한 기술로서 자리잡게 될 것이다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.80-80
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• 2008

바이오 센서 응용 연구에 많이 사용되는 금(Au) 나노 입자를 이용한 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)에 의한 산란광을 검출하는데 주로 이용되는 암시야(dark field) 현미경 검출 방식에 관한 전산모사를 통하여 입사광의 입사 방식에 따른 산란광 세기를 정량적으로 분석하였다. 전산모사 기법으로는 국소 표면 플라즈몬 공명의 동역학적인 현상을 모사할 수 있는 유한차분시간영역(Finite Difference Time Domain, FDTD) 기법을 이용하였는데, 이러한 기법이 암시야 현미경 전산 모사에 유효함을 우선적으로 검증하였다. 암시야 현미경 검출 방식의 모사에서 입사 광원의 반사 입사 방식과 투과 입사 방식을 비교하였고, 각각의 방식에 서 입사광의 입사각에 따른 산랑광 세기를 계산하였다. 이러한 전산모사를 통하여 프리즘을 통한 내부 전반사(Total Internal Reflection, TIR) 방식에서 입사 광원의 임계각 근처에서 많이 발생하는 에바네슨트 장(evanescent field)을 결합하는 경우 산란광 세기가 증가함을 관찰하였고, 이러한 세기의 변화를 프레넬(Fresnel) 방정식에 의해 계산된 에바네슨트 장의 세기 분포와 비교 분석하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1996년도 제7회 학술강연회논문집
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• pp.97-104
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• 1996

DYGABCD 프로그램을 이용해 선형모델의 구성에 필요한 시스템 행렬을 구하고 최소자승법을 이용하여 실시간 선형모사를 행한 후 DYNGEN 프로그램을 이용한 비선형 모사와 비교하여 그 타당성을 입증하였다. 그리고 가제어성과 가안정성을 시험하여 시스템에 대해 제어기설계가 가능한지 확인하고 엔진의 성능과 직결되는 터빈입구 온도의 Overshoot 제어를 위해 고전적 제어기법인 PI제어기와 현대적 최적제어기법인 LQR 제어기를 설계하여 각각의 성능을 비교해 보았다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1996년도 춘계학술발표회논문집(3)
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• pp.571-576
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• 1996

지하암반층에 처분한 방사성핵종들의 이동방식을 이해하기 위한 방법의 일환으로 다차원 불균일장에대한 모사기법에 대해 다루었다. 이차원 암반균열평면을 설정하고 균열틈 값이 공간적으로 다양한 형태를 가질 때 지하수가 흐르는 유형과 핵종들이 이동하는 특성을 이해하기 위해, 공간적으로 다양하게 변해 가는 균열틈을 가진 암반층을 모사한 다음, 여기서 지하수와 방사성핵종들의 흐름특성을 파악하고 물질이동에 영향을 미치는 중요한 수리학적 매개변수들에 대해 논의하였다. 암반 균열폭 값은 추계적 방식으로 설정한 확률밀도분포와 공간상호간섭길이를 함수로하여 통계적방식으로 계산하였다. 각 매개변수들의 값의 차이에 따라 달라지는 분포상태변화를 그림으로 표현하여 설명하였다.

• 한국농림기상학회지
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• 제12권1호
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• pp.1-10
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• 2010

본 연구에서는 기상예측 모형을 이용하여 상세한 농업기후지수를 모사하고자 하였다. 이를 위해서 NCEP/NCAR 재분석 자료를 지역기후모형인 WRF의 초기 및 경계조건으로 하여 2002년 3월부터 7년간 상세한 기후 자료를 생산하고, 이렇게 구한 기후 자료를 통계적 보정을 거쳐 계통적 오차를 제거함으로써 그 기간의 기후를 재현하였으며 이를 이용하여 상세한 농업기후지수로 생산하였다. 수치 실험을 통해 생산된 상세 지역기후자료는 대순환 모형이 모사할 수 없는 남한의 복잡한 지형적 구조와 전체적인 관측 공간 패턴을 모사하였다. 통계적 보정은 모형결과가 관측에 비해 과소모사 되던 경향을 제거함으로써 보다 상세하고 관측에 가까운 시 공적 기후자료의 생산을 가능하게 하였다. 이렇게 모사된 기후 자료를 이용하여 식물온도 출 현초일, 작물온도 출현초일, 벼 이앙기의 저온 출현율, 종상일 등의 농업기후지수들에 대한 상세한 분포를 생산하였다. 보정 전 모형 결과에서는 계통적 오차인 모형의 기온 과소모사 경향에 의해 전반적인 유효온도와 종상일이 늦게 출현하였으며, 저온 출현율의 빈도가 높게 나타났다. 보정 후 모형 결과에서는 계통적 오차의 보정에 의해 유효온도 $10^{\circ}C$ 출현일을 제외한 유효 온도 출현일과 종상일이 앞당겨졌으며, 저온 출현일 빈도가 감소하였다. 보정 후 모형 결과에서 유도된 유 효온도 $10^{\circ}C$ 출현일은 보정 전 모형결과보다 3일 늦게 모사되고 있으나 보정 전 모형 결과에서 모사하지 못한 지역적 특징을 모사하고 있어 국지적으로 나타나는 작물온도 출현초일의 세부적인 패턴을 이해하는데 유용한 결과라고 판단된다. 모형의 결과로 유도된 농업기후지수는 복잡한 지역적 편차를 가지면서 정량적 정성적으로 관측에서 유도한 결과와 유사하게 나타났다. 반면 통계적 보정을 적용하여도 중부 논농사 지대의 작물온도 출현초일은 여전히 잘 모사되지 못하고 있는데 이는 모형의 결과가 계통적 오차 이외에도 또 다른 불확실성에 의한 문제를 내제하고 있음을 보여주는 결과이다. 향후 물리적 모수화 과정의 개선, 역학적 규모축소방법의 최적화 그리고 통계적 보정 방법의 다양한 적용을 통해 보다 향상된 농업기후지수를 생산할 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 실험 결과는 농업 경영자들에게 상세 농업기후지수 분포의 이해를 도와줄 뿐만 아니라 본 연구의 실험 방식이 농업 예측에 활용될 경우 장기 예측 및 기후변화에 따른 예측을 위한 정보에 긴요하게 사용될 수 있을 것으로 생각된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권5호
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• pp.545-552
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• 2015

복합발전 공정의 모델링 및 모사는 공정의 운전 및 설계 조건에 따른 공정변수의 변화를 정량적으로 예측하기 위한 중요한 접근방법이다. 본 연구에서는 현재 사용되는 복합발전공정의 정상상태 모사기의 단점을 보완하여, 사용자의 편의성과 개발자의 핵심기술 모델링을 가능하게 하는 공정 모델링 시스템을 개발하였다. 복합발전 공정의 주요 장치들을 분석하여 수학적 모델을 개발하였으며 이를 종합하여 모델라이브러리로 구성하였다. 또한 모사의 목적과 입수 가능한 자료에 따라 사용되는 모델의 상세도가 다르다는 점을 고려하여 주요장치에 대해 다른 상세도의 모델을 개발하였다. 복합발전 상업공정을 개발된 모델링 시스템을 사용하여 모델링과 모사를 수행하였으며 모사의 결과를 데이터자료와 비교 검증하였다. 검증의 모사결과와 자료데이터는 1% 내의 오차를 보였으며 개발된 모델링 시스템이 실제 공정에 응용될 수 있음을 보여주었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제39권4호
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• pp.1-10
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• 2002

초기쇄파의 수치모사에는 지금까지 경계적분법이 주로 쓰여왔고, 이 방법은 과도한 계산시간의 문제를 제외하고는 어느 정도 성공적이라고 할 수 있다. 본 논문에서는 쇄파실험을 수치모사하기 위한 새로운 수치기법을 보였다. 이 수치기법은 고차 스펙트럴/경계요소법과 경계적분법을 순차적으로 사용하며, 계산시간을 현저히 줄여준다. 조파 및 파 에너지 집중과정은 고차 스펙트럴/경계요소법에 의해 효율적으로 수치모사되고, 파의 전복과정만이 경계적분법에 의해 계산된다. 계산예에서 높은 입자속도와 가속도 등 쇄파의 두드러진 특성이 보여졌다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권11호
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• pp.1073-1079
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• 2012

본 논문은 나노유체를 적용하여 써모사이폰 열전달 성능 특성 변화를 실험적으로 규명하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위하여, 증발부 내부체적을 공유하는 3 개의 독립된 파이프를 가지는 써모사이폰을 제작하였으며 증류수, Ag 나노유체 그리고 $TiO_2$ 나노유체에 대하여 충진량, 증발부에 가해지는 입력열량 그리고 농도변화에 따른 써모사이폰 성능특성 변화를 고찰하였다. 증류수를 작동유체로 사용하는 경우 써모사이폰의 최적충진량은 30%로 결정되었고, $TiO_2$ 나노유체를 적용하는 써모사이폰 열저항이 Ag 나노유체를 적용한 경우에 비하여 평균 18.1% 감소하였다. 또한, 300W 입력열량 및 $TiO_2$ 나노유체 농도 1%에서 써모사이폰의 열전달 성능은 가장 우수하였다.

• 전기화학회지
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• 제7권2호
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• pp.69-79
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• 2004

전산모사를 이용하여 특성을 정확하게 모사하기 위해서는 전지 내부에서 발생하는 다양한 물리적, 화학적 현상을 고려하여야 한다. 이를 위해, 본 연구에서는 다양한 전지 내부 현상에 대한 변수를 고려할 수 있는 전산유체 상용코드인 CFD-ACE+를 이용하여 평판형 고체산화물 연료전지의 작동 특성을 분석하였다. 단위 스택에서 발생하는 물질전달과 열전달 및 전기화학 반응에 의한 전하이동을 복합적으로 고려하여, 작동조건 하에서 각 공정적, 구조적 변수 변화에 따른 전지특성을 예측하였다. 이러한 전산모사 방법을 통하여 확산과 유동에 의한 전지 내 반응물과 생성물의 mass fraction 분포와 단위 스택의 내부 온도분포 그리고 전지 특성을 나타내는 polarization curve에 의한 고체산화물 연료 전지의 분극 특성을 정성, 정량적으로 제시하였다. 본 연구를 통해 평판형 단위 스택 내에서의 다양한 변수 변화에 따른 전지의 작동 특성에 대한 효율적 예측이 가능하였고, 고체산화물 연료전지 작동 시 발생하는 현상에 대한 전산모사 접근법을 체계적으로 제시할 수 있었다.