본 연구에서는 DVM의 이론적 배경과 수치계산에 대해 자세히 다루었다. 음향 교란이 가졌을 때의 재부착에 대한 수치해석결과는 Kiya등의 실험결과와 비교하 였으며 만족할만한 일치를 보여주었다. 결과 및 고찰에서는 주로 음향교란이 있는 경우의 재부착길이를 최소화하는 주파수와 교란이 없는 유동의 난류구조해석을 평균속 도 및 압력과 그의 섭동치, 그리고 파워 스펙트럼과 상관계수등을 통해 자세히 비교검 토하였다.
PSD(pogo suppression device)는 액체 추진 로켓의 추진제 공급부를 모사한 배관 시스템에 대한 기존의 실험 연구를 통해 배관 시스템의 동특성을 변화시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는, PSD에 대한 수학적 모델을 만들고, 각 변수에 대한 값을 결정하는 과정에서 이론적으로 구하기 힘든 변수를 파악하여, 이를 기존의 실험 결과로부터 구하고자 하였다. 그를 위해, 선형화된 전달함수를 만들어 전체 시스템에 대한 불안정성을 판단하는 방법에 대해, PSD를 유체 섭동에 대한 연속 방정식 등의 지배 방정식을 이용하여, 제작된 PSD의 실제 적용시 중요한 이너턴스, 컴플라이언스, 레지스턴스 등의 변수를 수식화하고, 실험 결과를 이용하여 이를 정량화 하는 방법을 제시하였다.
본 논문에서는 알 수 없는 주파수를 가지는 주기적인 외란이 존재하는 광디스크 드라이브에 대하여 주파수 적응 알고리즘과 출력 제어기를 추가하여 외란을 제거하는 제어기법을 제안한다. 여기서 IMP(internal model principal)에 기반을 두는 주파수 적응 알고리즘은 주기적인 외란의 주파수를 알아내는 역할을 한다. 전체 시스템의 안정도 및 외란제거 성능은 특이섭동이론(singular perturbation theory)으로 증명된다. 본 논문의 기여는 주파수 범위에 따른 설계의 제약이 없다는 점과 모델 불확실성이 존재할 때도 외란을 제거할 수 있다는 점을 들 수 있다.
노즐을 빠져나가는 유동과 연소실 내 음향 섭동의 상호작용은 연소 불안정을 억제하는 핵심 요소로 작용하며 노즐감쇠는 노즐 어드미턴스를 이용하여 정량적으로 평가가 가능하다. 본 연구에서는 노즐의 음향 감쇠 성능을 측정할 수 있는 변형된 임피던스 튜브 실험을 수행하여 수치적 해석기법인 Crocco의 이론을 적용한 1차원 선형화 오일러 방정식으로 도출된 노즐 어드미턴스 값과 비교하였다. 그 결과, 노즐 어드미턴스의 증감하는 부분의 정성적인 경향이 유사함을 확인 가능하였고 그에 따른 노즐감쇠가 효율적인 주파수대를 예측할 수 있었다.
초임계환경에서 작동하는 케로신/액체산소 동축와류형 분사기의 혼합특성을 수치적으로 연구하였다. 케로신 물성치를 계산하기 위하여 써로게이트 모델이 적용되었다. 난류모델은 LES를 기반으로 하였고, 초임계영역의 상태량을 계산하기위해 SRK 상태방정식, 점성계수와 열전도도에 대하여 Chung이 제안한 고압상태 혼합물에 대한 방정식, 확산계수에 대하여 Fuller 이론에 Takahashi가 제안한 고압상태의 특징을 고려한 식을 적용하였다. 연소실 압력변화에 따른 분사기와 연소실에서의 열역학적 물성치와 혼합특성을 관찰하였다. 또한 분사기의 압력섭동 스펙트럼밀도를 분석하였다.
노즐 내 파동은 노즐목을 빠져나가는 유동의 공력음향학적인 효과로 인해 연소불안정을 감쇠시키는 주요 요소 중 하나로 알려져 있다. 이와 같은 효과는 노즐 어드미턴스라는 지표를 통해 정량적으로 평가가 가능하다. 본 연구에서는 현재까지 로켓 연소불안정 억제에 가장 효과적인 노즐감쇠(nozzle damping)와 연계된 노즐 어드미턴스를 구하는 여러 기법을 소개한다. 이중, 가장 널리 알려진 1차원 선형 오일러 방정식을 도입하여 노즐의 주 설계 변수에 따른 노즐 어드미턴스의 경향을 분석하였다. 분석 결과, 노즐 수축부 길이가 짧아질수록 축방향 노즐 어드미턴스의 값이 낮게 나타나는 주파수 영역대가 확장되므로 짧은 노즐일수록 주파수 의존성을 줄인다는 기존 이론을 검증하였다. 또한, 짧은 노즐 이론을 통한 어드미턴스 예측은 1차 접선방향 압력 섭동에는 적합하지 않음을 알 수 있었다.
대부분의 동적계에는 기진력과 계 특성치들에 다양한 불확실성이 존재한다. 본 논문에서는, 기진력과 계 특성치에 불확실성이 존재하는 선형 동적계에 대한 응답 및 신뢰성을 해석하는 하나의 과정을 제안하였다. 계 특성치와 응답은 섭동법에 의하여 모델링되고, 확률 이론과 진동 이론에 의하여 응답 해석이 정식화된다. 또한 응답의 평균을 구하기 위하여 확률유한요소법이 사용되었다. 파괴확률을 구하는 방법으로는 적분방정식법에 의한 최초통과확률 해석이 사용되었다. 적분방정식법은 통과율과 최초통과 확률밀도의 항들에 의해 최초통과확률로 귀결된다. 본 연구에서는 기진력, 계 특성치 그리고 응답은 모두 Gaussian 확률 특성을 가정하였다. 적용예로써, 정상 백색잡음 기진력을 받고 확률 특성을 갖는 질량 및 스프링 상수들로 이루어진 1자유도계에 대하여 과도응답 상태에서의 파괴확률을 계산하였으며, 그 결과를 수치 시뮬레이션 결과와 비교하였다.
N개의 $\sigma$결합으로 분리되어 있는 분자내 두 비결합 궤도함수(nonbonding orbital)간의 상호작용을 PMO론적으로 고찰하기 위하여 질소, 산소 및 황화합물에 대하여 반경험적인 CNDO/2 및 ab initio(STO-3G 수준) 계산을 수행하였다. 각 사슬형 및 고리형 화합물에 대한 기저준위의 에너지, orbital 상호작용에 의한 에너지준위 분리 및 상호작용 에너지 변화에 대한 계산 결과는 섭동론적 에너지항으로 만족스럽게 설명될 수 있었다. 질소 및 산소화합물에서는 through-space 상호작용 에너지항으로서 계산결과가 만족스럽게 설명될 수 있었다. 이 경우 N이 홀수인 계에서는 n-준위가 n+준위보다 안정화되었고 N이 짝수인 계에서는 n+준위가 n-준위보다 안정화되었다. 이 때의 에너지 분리는 홀수계에서 더 큰 결과를 보였다. 그러나 cis-ethylene diamine과 o-phenylene diamine(Table 4의 구조 VI)에서는 through-space 상호작용의 기여가 무시될 수 없었고 그 결과 홀수계에서 에너지 준위의 순서가 뒤바뀌게 되었으며 에너지분리도 짝수계에서 더 큰 결과를 보였다. 끝으로 황화합물에서는 항상 through-space 상호작용의 기여가 무시될 수 없었다. 이 결과는 3주기 원소인 황의 크기가 2주기 원소인 질소 및 산소보다 크다는 사실과 일치하고 있다.
본 연구에서는 L-형 아미노산인 L-Alanine과 무기염인 NaCl, KCl, $NaNO_3$ 및 $KNO_3$의 각 전해질로 이루어진 L-Alanine/전해질 수용액 계에서 L-Alanine의 활동도계수와 용해도를 298.15 K에서 측정하였다. L-Alanine의 활동도계수는 양이온 및 음이온의 선택성 전극으로 이루어진 화학전지에서 두 전극간의 기전력을 측정하는 전기화학 법으로 측정하였으며, 용해도는 L-Alanine의 고체상과 상평형을 이루고 있는 포화용액을 중량 분석하여 측정하였다. 한편 본 연구에서는 아미노산(L-Alanine)/전해질 수용액 계의 잔류(residual) Helmholtz 자유에너지를 섭동사슬-통계역학적 회합성유체이론(perturbed chain-statistical associating fluid theory)과 단순-평균구근사(primitive-mean spherical approximation)이론을 결합한 관계로 모델링 하였으며, 이로부터 아미노산의 활동도계수 및 용해도에 대한 열역학적 관계식을 얻었다. Helmholtz 자유에너지를 모델링 하는 과정에서는 아미노산은 양쪽성 이온(zwitterion) 형태로 존재하며 아미노산의 양쪽성 이온은 같은 이온끼리 자기-회합(self-association)하며 동시에 물분자와 교차-회합(cross-association)하는 회합체로 가정하였으며, 또한 아미노산의 양쪽성 이온이 전해질(무기염)로부터 해리된 양이온 및 음이온과 상호작용하여 이온복합체(ion complex)를 형성하는 과정을 회합현상으로 가정하였다. 본 연구에서 제안된 이론적 모델로부터 L-Alanine/전해질 수용액 계에서 계산되는 L-Alanine의 활동도계수 및 용해도 값은 본 연구의 실험값과 일치하는 경향을 보였다.
본 논문에서는 전단류를 받는 marine riser의 와류유기진동 예측모델을 제시하였다. 여기서는 marine riser를 인장력이 길이에 따라 변하는 보로 모델링하고, 섭동법으로 구해진 Green's function과 random vibration 이론에 의하여 예측모델을 구성하였다. 여기서 제시된 예측모델을 실제의 riser에 대하여 적용해 본 결과, riser는 전단류 내에서 유 무한 경계의 거동 특징을 동시에 갖는 중간적인 거동을 하며, riser의 길이에 따라 진동응답크기의 분포가 흐름의 유속분포와 비슷한 형태를 갖고 있는 것으로 나타났다. 또한, marine riser를 길이에 따라 변하는 인장력을 받는 보로 모델링한 경우와, 그것을 평균한 균일한 인장력을 받는 보로 모델링한 경우에 대하여 해석한 진동응답을 비교한 결과, 균일인장력을 받는 보로 모델링한 경우가 riser의 수면근처에서 실제보다 큰 예측치를 주고 있는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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