• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.258-258
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• 2022

물넘이 형식에는 수문과 밸브로 조절할 수 있는 조절형식, 개수로 및 관수로 형식의 자연적으로 수위조절이 되는 비조절형식, 레버린스(Labyrinth), 피아노건반(Piano Key Weir), 사이펀(Siphon) 등의 특수형식으로 구분할 수 있다. 이 중에서 피아노건반 물넘이는 레버린스 물넘이를 피아노건반 모양으로 개량한 것으로 2003년 알제리 Biska 대학의 Quamane 교수에 의해 제안되었다. 제한된 물넘이 폭에 물넘이의 길이를 연장하여 방류능력을 증가시키는 효과를 나타내는 물넘이 형식으로 여수로의 월류수심을 낮게 유지하면서 방류량을 증가시킬 수 있다. 피아노건반 물넘이는 2006년에 프랑스에서 최초로 적용되었으며, 현재까지 약 30여 지역(프랑스, 베트남, 호주 등)의 댐에 적용되었다. 본 연구에서는 국내 저수지를 대상으로 여수로에 피아노건반 물넘이를 적용하여 방류능력과 수리적 안정성 검토를 위해 농어촌연구원 국제융합수리시험센터에서 수리모형실험을 수행하였다. 농어촌연구원은 2018년도에 기존 수리모형실험 시설을 확장하여 가로 250m, 세로 102m의 국내 최대규모의 실내 수리모형실험 시설을 준공하였고, 대형유사순환수로, 고정식 급경사수로, PIV 전용실험수로 등 기능별 7종의 실험수로를 갖추고 있다. 수리실험은 Froude 상사에 의한 축척을 적용하여 모형을 제작하였고, 기존의 수리시설과 하류하천까지 포함하여 70m(L)×20(B)×2m(H) 규모이다. 실험은 유량을 다양하게 변화시키면서 수위-방류량을 검토하였고, PMF 홍수위에서 방류량이 배제 가능한지 검토하였다. 또한, 물넘이의 안정성 검토를 위한 접근유속을 게측하였고, 물넘이를 통해 월류하는 흐름의 유황을 분석하여 수리학적으로 안정한 흐름이 발생하는지 검토하였다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.58-58
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• 2017

점적 호스의 원통형 미로 구조물내의 유동특성을 분석하기 위해 금속판에 동일한 구조의 미로가 가공된 시험부를 활용하여 압력과 유량의 변화에 대한 실험을 CFD 해석하였다. 해석은 미로의 길이에 따른 유량 특성을 정밀하게 분석하기 위해 전체 미로에 구간별 총 8개의 배출구를 배치하고 밸브 조절을 통해 구간별 압력에 따른 유량을 측정함으로서 실험에 의한 압력과 유량의 관계를 검증하고 새로운 경질 미로를 설계하는데 응용하고자 한다. 경질 미로의 이론적인 해석에서 정밀도가 실험을 대신할 가능성이 있는지에 관심을 두었다. 점적관수의 경질 미로는 디자인을 달리함으로써 성능이 높고 미세한 스케일이 침착되지 않는 고성능의 점적관수 장치의 개발이 가능할 것으로 판단하였다. 미로 입구의 공급 유체 압력(Gauge pressure)을 0.5, 1.5, 2.5, 3.0 bar로 나누어 공급하였으며, 8개의 구간별 유출되는 유량은 전자저울에서 측정하였다. 향후 최적 미로의 새로운 설계를 위해 미로구조 전체를 CFD 해석하였고 그 결과를 실험치와 비교 분석하였다. 또한 경질 미로내 각 구간별 세부적인 유동구조를 분석하였고 해석결과와 실험결과를 통해 향후 새로운 경질 구조의 개발이 가능 할 것으로 판단되었다. 경질 미로의 입구압력에 따른 미로의 길이 #1과 #2에 대한 CFD 분석에서는 전체적으로 경질 미로에 압력이 증가할수록 미로의 유체 속도가 증가됨을 알 수 있었으며 이것은 #2에서도 거의 같은 양상을 나타내었다. 미로 통로에서는 와류로 인한 이물질의 멈춤 현상이 발생하지 않을 만큼 흐름이 원활함을 알 수 있었다. 미로의 길이 #3과 #4에 대한 CFD 분석과 미로의 길이 #5와 #6에 대한 CFD 분석에서는 압력이 증가하고 미로의 길이가 길어질수록 속도에도 영향을 미치고 있는 것으로 나타났으며 미로와 미로 사이의 넒은 통로에서는 유속이 크게 떨어지고 있음을 알 수 있었다. 따라서 이 부분에는 유체속의 이물질이 침착할 수 있는 가능성이 있으며 통로가 좁은 곳에서는 유속이 증가되는 것으로 나타났다. #7과 #8은 미로의 상하단으로 유출되는 부분의 차이이므로 실질적으로 해석의 결과는 차이가 없었다. 경질 미로에 대한 압력에 따른 미로의 길이별 유출량은 지수적인 반비례 현상을 나타내어 앞서 실험한 연구의 결과와 1~2% 오차 범위에서 잘 일치하였다. 따라서 점적 호스의 경질 미로에 대한 설계는 이론적인 해석을 통하여 새로운 디자인이 가능할 것으로 판단되었다. 경질 미로의 미로의 길이에 따른 CFD 분석의 결과는 실험적인 유출량의 값과 거의 일치하였다. 미로와 미로 사이의 넒은 통로에서는 유속이 크게 떨어져 이물질들이 침착될 가능성이 있었으며 실질적으로 넓게 설계하는 것이 유리하지 않을 것으로 판단되었다. 경질 미로에 대한 압력에 따른 미로의 길이별 유출량은 지수적으로 반비례 하였으며 점적 호스의 경질 미로에 대한 새로운 설계는 이론적인 해석을 통하여 가능할 것으로 판단되었다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.161-161
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• 2017

스마트 시설환경의 제어 요소는 난방기, 창 개폐, 수분/양액 밸브 개폐, 환풍기, 제습기 등 직접적으로 시설환경의 조절에 관여하는 인자와 정보 교환을 위한 통신, 사용자 인터페이스 등 간접적으로 제어에 관련된 요소들이 복합적으로 존재한다. PID 제어와 같이 하는 수학적 논리를 바탕으로 한 제어와 전문 관리자의 지식을 기반으로 한 비선형 학습 모델에 의한 제어 등이 공존할 수 있다. 이러한 다양한 요소들을 복합적으로 연동시키기 위해선 기존의 시퀀스 기반 제어 방식에는 한계가 있을 수 있다. 관행의 방식과 같이 시계열 상에서 획득한 충분한 데이터를 이용하여 제어의 양과 시점을 결정하는 방식은 예외 상황에 충분히 대처하기 어려운 단점이 있을 수 있다. 이러한 예외 상황은 자연적인 조건의 변화에 따라 불가피하게 발생하는 경우와 시스템의 오류에 기인하는 경우로 나뉠 수 있다. 본 연구에서는 실시간으로 변하는 시설환경 내의 다양한 환경요소를 실시간으로 분석하고 상응하는 제어를 수행하여 수학적이며 예측 가능한 논리에 의해 준비된 제어시스템을 보완할 방법을 연구하였다. 과거의 고성능 컴퓨팅(HPC; High Performance Computing)은 다수의 컴퓨터를 고속 네트워크로 연동하여 집적적으로 연산능력을 향상시킨 기술로 비용과 규모의 측면에서 많은 투자를 필요로 하는 첨단 고급 기술이었다. 핸드폰과 모바일 장비의 발달로 인해 소형 마이크로프로세서가 발달하여 근래 2 Ghz의 클럭 속도에 이르는 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor)가 등장하기도 하였다. 상대적으로 낮은 성능에도 불구하고 저전력 소모와 플랫폼의 소형화를 장점으로 한 AP를 시설환경의 실시간 제어에 응용하기 위한 방안을 연구하였다. CPU의 클럭, 메모리의 양, 코어의 수량을 다음과 같이 달리한 3가지 시스템을 비교하여 AP를 이용한 마이크로 클러스터링 기술의 성능을 비교하였다.1) 1.5 Ghz, 8 Processors, 32 Cores, 1GByte/Processor, 32Bit Linux(ARMv71). 2) 2.0 Ghz, 4 Processors, 32 Cores, 2GByte/Processor, 32Bit Linux(ARMv71). 3) 1.5 Ghz, 8 Processors, 32 Cores, 2GByte/Processor, 64Bit Linux(Arch64). 병렬 컴퓨팅을 위한 개발 라이브러리로 MPICH(www.mpich.org)와 Open-MP(www.openmp.org)를 이용하였다. 2,500,000,000에 이르는 정수 중 소수를 구하는 연산에 소요된 시간은 1)17초, 2)13초, 3)3초 이었으며, $12800{\times}12800$ 크기의 행렬에 대한 2차원 FFT 연산 소요시간은 각각 1)10초, 2)8초, 3)2초 이었다. 3번 경우는 클럭속도가 3Gh에 이르는 상용 데스크탑의 연산 속도보다 빠르다고 평가할 수 있다. 라이브러리의 따른 결과는 근사적으로 동일하였다. 선행 연구에서 획득한 3차원 계측 데이터를 1초 단위로 3차원 선형 보간법을 수행한 경우 코어의 수를 4개 이하로 한 경우 근소한 차이로 동일한 결과를 보였으나, 코어의 수를 8개 이상으로 한 경우 앞선 결과와 유사한 경향을 보였다. 현장 보급 가능성, 구축비용 및 전력 소모 등을 종합적으로 고려한 AP 활용 마이크로 클러스터링 기술을 지속적으로 연구할 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권3호
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• pp.1255-1262
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• 2012

현재 가동 중인 월성 원자력 발전의 핵연료 교체로봇 시스템을 살펴보면 핵연료 교환에 필요한 구동압력 제어를 위해 PI제어기를 사용한다. PI제어는 구조가 간단하고 이득 설정을 통해 시스템 요구조건에 만족하는 제어 성능을 낼 수 있지만 밸브와 관로 등의 파라미터 변화로부터 적절한 이득 변경 없이 안정한 제어가 힘들다. 이러한 문제를 해결하기 위해 PI제어기 이득을 동적으로 변경 하거나 PI제어기 출력을 보상하도록 제어기를 구성하는 것이 바람직하다. 본 연구개발의 목적은 파라미터 변화에도 안정한 제어가 가능하도록 제어기를 설계하여 오차와 진동현상을 줄이는데 있다. 제안한 PI/NN제어 기법은 PI제어기와 신경회로망 제어기를 병렬 결합한 구조로 신경회로망 제어기가 PI제어기 출력을 보상하여 파라미터 변화에 강인하도록 설계 하였다. 제어기의 성능평가를 위해 직접 실 공정에 테스트하기가 힘들기 때문에 공정의 특성을 반영하여 모델링한 시뮬레이터를 개발하였고, 시뮬레이션 결과를 실 공정데이터와 비교하여 공정 특성을 모사함을 보였으며, 파라미터 변화에 PI/NN제어기가 오차 및 진동현상을 줄이는 것을 확인 하였다. 또한, 실 공정에서 사용 중인 PI제어기를 주 제어기로 사용하면서 파라미터 변화에 대한 비선형성을 보상하는 제어기 역할을 하기 때문에 신경회로망을 단독으로 사용하였을 때 보다 더 신뢰성 있고 안정적인 제어가 가능하다.

• 한국HCI학회논문지
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• 제1권2호
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• pp.19-26
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• 2006

가상환경 또는 실제 환경에서 정보를 제공하는 햅틱 인터페이스의 필요성이 점점 증가함에 따라 촉감을 제공하기 위한 다양한 햅틱 장치가 개발되었고 각 장치의 특성과 성능 평가를 위해 기초적인 정신(심리) 물리학적 연구가 수행 되고 있다. 본 논문에서는 여러 가지 햅틱 인터페이스 중 손가락 끝에 부착하는 형태의 새로운 공기 촉감 제시장치(PTI: Pneumatic Tactile Interface)를 제시하고 이 장치의 유용성을 입증하기 위해 localization rate, 시간 분해능, 길이 분해능, 강도의 세기 등의 심리 물리학적 실험(Psychophysical Experiment)의 수행 결과를 제시한다. 공기촉감 시스템은 50개의 출력까지 확장 가능한 공기촉감 하드웨어로 구성되어 있고 손가락 끝에 부착하는 형태로 구성하기 위해 $5{\times}5$의 배열의 디스플레이를 제작하였다. 16명의 피 실험자가 A, B 두 그룹으로 나뉘어 각각 2가지의 심리물리학 실험을 수행하였다. localization rate의 경우 9개의 다른 자극의 위치를 구별하기 위해 $3{\times}3$ 배열로 구성된 밀집된 디스플레이와 확장된 디스플레이로 측정을 수행하여 각각 58.13%, 85.9%의 localization rate를 얻을 수 있었다. 그리고 100번의 반복 실험을 통해 공기촉감제시장치의 길이 분해능을 얻을 수 있었고 자극 강도 실험의 경우, 실제의 강도가 세어짐에 따라 피 실험자들이 느끼는 강도의 척도도 증가하며, 강도가 약해지면 피 실험자들이 느끼는 강도 역시 거의 선형적으로 감소함을 알 수 있었다. 그러나 시간 분해능의 경우에는 시스템을 구성하는 밸브의 성능으로 인해 20ms 이하의 시간 분해능 측정은 제한되었다. 이러한 심리 물리학적 실험을 통하여 개발된 공기촉감 제시장치가 다양한 정보를 전달하는데 충분하다는 결론을 내릴 수 있으며, 향후 연구에서는 제안된 시스템을 사용하는 여러 가지 어플리케이션을 제시할 것이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권1호
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• pp.39-45
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• 2016

차량용 연료전지의 부하 변동시 열관리는 성능과 내구성에 직결되기 때문에 매우 중요하다. 본 연구에서는 작동 부하 조건 내에 온도를 유지할 수 있도록 하기 위한 열관리 시스템용 선형 상태 궤환 제어기를 설계하였다. 차량용 연료전지 열관리 모델은 레저버, 라디에이터, 바이패스 밸브, 팬 그리고 냉각수 펌프 등으로 구성하였으며, MATLAB/SIMULINK$^{(R)}$으로 개발하였다. 시스템 모델의 비선형성으로 인해, 부하 조건 $0.5A/cm^2{\sim}0.7A/cm^2$ 에서 온도 제어 지령을 정상적으로 달성하기 위해 PWM(Pulse Width Modulation)과 수정된 상태 궤환 제어기를 적용하였고 제어 알고리즘의 성능은 ITAE(Integral time weighted error)로 평가하였다. 수정된 상태 궤환 제어기가 저 부하 구간에서 다른 알고리즘에 비해 더 효율적으로 온도를 제어하는 것을 확인하였다.

• 에너지공학
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• 제25권4호
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• pp.124-132
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• 2016

노심보충탱크 상부에 설치되는 유동분사기 형상에 따른 냉각수 주입특성 및 탱크 내에서의 열수력 현상 변화를 파악하기 위한 안전주입배관 2인치 파단 소형냉각재상실사고(SBLOCA) 모의시험이 잔열 및 피동잔열제거계통(PRHRS) 모의 없이 수행되었다. 두 가지 형상의 유동분사기를 설치하고 수행한 각각의 시험은 거의 유사한 초기 및 경계조건에서 수행되었으며, 이로 인해 반복시험에 대한 재현성이 충족되었다고 판단된다. 시험결과는 유동분사기의 종류(본 시험에서는 구멍의 개수에 해당)에 관계없이 유사한 열수력학적 거동을 보였으며, 초기 주입유량 관점에서는 구멍의 개수가 2배인 B형이 A형에 비해 좀 더 우수한 주입 성능을 보였다. 노심보충탱크 격리 밸브가 개방된 후 압력평형배관을 통해 유입되는 고온의 원자로냉각재는 상부 헤더에서 상대적으로 저온인 $50^{\circ}C$ 물과 혼합되면서 증기 응축과 같은 상변화에 의한 압력 변동을 동반하는 다차원 열유동 현상을 일으키게 된다. 이로 인해 초반부 노심보충탱크 주입 유량은 상온운전 조건에서 보다는 작게 되고, 일정시간 경과 후에는 유사한 주입유량 특성을 보였다.

• 에너지공학
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• 제26권3호
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• pp.64-70
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• 2017

한국원자력연구원에서 제안한 혼합형 안전주입탱크 (Hybrid SIT)는 APR+ 원자로에 적용하기 위해 개발된 피동안전주입시스템이다. 본 연구는 대표적인 고압사고인 발전소정전사고 시 Hybrid SIT의 냉각성능을 평가하기 위해 열수력 안전해석 코드인 MARS-KS 코드를 이용한 예비해석에 대한 것이다. PAFS 구동이 정지되면, 열제거량이 감소하게 되어 가압기와 증기발생기의 압력이 상승하기 시작하며, 가압기의 압력이 안전감압계통(Pilot Operated Safety and Relief Valve) 개방 설정치인 17.03 MPa에 도달하면, 그와 동시에 Hybrid SIT의 증기격리밸브가 열림으로서 가압기 상단의 증기가 Hybrid SIT로 주입되게 된다. 주입된 증기에 의해 압력평형이 빠른시간 안에 이루어졌으며, 주입배관을 통해 냉각수가 주입 되었다. 발전소정전사고시 PAFS와 같은 열제거수단이 상실됨에도 혼합형 Hybrid SIT가 주입되는 시간동안은 노심의 수위가 유지됨을 확인할 수 있었고, 수위가 유지됨에 따라 노심 출구 온도(CET)의 상승을 방지함을 확인하였다.

• 디지털융복합연구
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• 제14권11호
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• pp.257-265
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• 2016

본 연구의 목적은 산업설비나 건축설비의 배관에서 불순물 유입을 막아 유동 시스템을 보호할 수 있는 스트레이너를 개발하기 위함에 있다. 스트레이너는 청수 또는 기름, 가스가 유입되는 배관라인의 밸브, 기기, 펌프 전단에 설치되는 장치로 형태에 따라 Y형, U형, T형이 있다. 본 연구에서는 Y형 스트레이너의 문제점을 파악하고 그 보다 개선된 새로운 모델 "유입․유출구가 일직선상에 있는 C형 스트레이너"를 개발하여 실물 시험을 통해 그 성능을 비교하였다. 시험은 기존 Y형과 C형 스트레이너 50A 실물을 한국표준과학연구원(KRISS) 유동실험실에서 4가지 상황별 실물시험으로 유동특성을 고찰하였다. 실험결과 C형 스트레이너가 Y형 보다 여과망이 없을 때는 74.9%, 여과망에 불순물이 없을 때는 54.5%, 불순물이 15% 쌓였을 때는 54.2%, 불순물이 30% 쌓였을 때는 52.4%가 용량계수(Kv)값이 높았다. 실물제작의 한계로 50A 한 종류만 시험했지만 결과로 볼 때 Y형보다 C형 스트레이너가 유동특성이 우수한 것으로 입증되어 향후 건축, 산업현장에서 유용하게 사용될 것으로 판단되었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권9호
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• pp.733-742
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• 2016

연료 경제와 유해 배출 가스 저감을 목적으로 최근 들어 LNG 또는 합성 가스를 사용하는 박용 가스 기관이 주목받고 있다. 예혼합 연소를 하는 오토 사이클로 작동하는 가스 기관을 구현할 경우 EGR 또는 SCR을 적용하지 않고도 Tier III의 규제를 충족할 수 있는 것으로 확인되고 있다. 본 연구에서는 오토 사이클로 작동하는 기관에 대한 시뮬레이션 기술을 산업 기술 현장에 제공하기 위한 목적으로, 실험적으로 접근이 용이한 소형 가솔린 기관을 대상으로 상용 소프트웨어인 BOOST를 이용한 시뮬레이션을 시행하였다. 이 연구는 두 단계로 구성되어 이미 시행한 첫 번째 단계에서는 흡기 및 배기 계통에 대한 최적의 모델링 방법에 관한 연구가 수행되었다. 이번 연구는 이전의 연구에서 선정된 흡 배기 계통의 해석 모델을 적용한 상황에서 실린더 내 과정을 해석하고 최종적으로 주요 성능 인자들을 계산하는 방법을 정립하였다. 이 연구를 통하여 실험에의 의존이 적은 연소 및 열전달 모델과 밸브 유량계수 모델을 선정하고 관련 상수들을 결정하는 방법을 확립하였다. 이들을 이용하여 실린더로 유입되는 공기량, 실린더 내 순간 압력 변화 및 도시평균유효압력을 효과적으로 예측할 수 있음을 확인하였다.