• 대한기계학회논문집B
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• 제30권1호
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• pp.87-94
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• 2006

This paper presents the hydrodynamic design and performance analysis method for a miniaturized centrifugal blood pump using three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) code. In order to obtain the hydraulically high efficient configuration of a miniaturized centrifugal blood pump for cardiopulmonary circulation, a well-established commercial CFD code was incorporated considering detailed flow dynamic phenomena in the blood pump system. A prototype of centrifugal blood pump developed by the present design and analysis method has been tested in the mock circulatory system. Predicted results by the CFD code agree very well with in vitro hydraulic performance data for a centrifugal blood pump over the entire operating conditions. Preliminary in vivo animal testing has also been conducted to demonstrate the hemodynamic feasibility for use of centrifugal blood pump as a mechanical circulatory support. A miniaturized centrifugal blood pump developed by the hydraulic design optimization and performance prediction method presented herein shows the possibility of a good candidate for intra and extracorporeal cardiopulmonary circulation pump in the near future.

• 에너지공학
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• 제24권2호
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• pp.91-102
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• 2015

관류식 직관형 증기발생기의 열수력 설계와 성능분석을 위한 해석코드를 개발하였다. 개발한 물리적 모델과 수치 해석 코드를 검증하기 위해 설계 제원이 공개되어 사용되고 있는 관류식 직관형 증기발생기를 개발된 코드를 이용해 해석하고 설계 자료와 비교하였다. 또한 동일한 증기발생기를 최적 열수력 안전해석코드인 MARS를 이용하여 해석한 뒤 비교분석하였다. 열전달면적, 압력 및 온도분포 등의 계산 결과는 설계 자료 및 MARS 코드의 계산 결과와 대부분 일치하게 나타났다. 최종적으로 개발된 코드가 직관형 증기발생기의 열적 설계 최적화 및 민감도 분석을 목적으로 폭넓게 사용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1995년도 추계학술발표회논문집(1)
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• pp.48-54
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• 1995

피동 및 고유안전 개념을 중점적으로 적용하고 운전유연성을 극대화하는 설계특성을 갖는 신형 원자로 노심개념 설정연구를 수행하였다. 노심의 출력은 피동안전개념 등과 같은 신기술의 적용이 용이하도록 600MWe급의 중·소형으로 설정하였다. 신형원자로는 무붕산 저출력밀도 노심개념을 채택하여 원자로 계통의 단순화와 낮은 선출력밀도로 원자로의 안전여유도가 제고될 수 있는 것으로 판단된다. 또한 모든 운전영역에서 음의 감속재 반응도계수가 보장되고 사각형 격자에 비해서 더 큰 값을 나타내므로 원자로의 고유안전성과 향상된 운전성능을 보장할 수 있다. 육각형 집합체내의 핵연료봉 직경 및 봉간거리에 대해 열수력적 관점에서 최적화 계산을 수행한 결과, 참조 모형으로 선정한 핵연료 집합체는 와이어랩 지지격자를 사용할 경우 열수력적으로 최적 설계치에 가까운 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제32권5호
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• pp.579-591
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• 1999

저수지의 시스템 조작은 수자원 계획 또는 관리 측면에서 저수지 설계 뿐 아니라 운영 기준을 마련하기 위해서 필수적이다. 한편 수자원 체계가 확장되고 복잡해짐에 따라 시스템 조작기법 또한 진보적인 방법이 요구된다. 이에 따라 다양한 기법이 도입되어 시스템 조작에 적용되어 왔다. 본 연구에서는 국내에서 최대 규모인 한강수계 저수지 계통의 시스템 조작에 최적제어이론인 선형추적 모형을 적용하여 이용 가능성을 평가한다. 이때 한강 수계 저수지 계통은 수력발전 사용수량을 통하여 하류에 용수를 공급함으로써 수도권의 용수공급을 담당하고 있다. 이에 이수측면의 수자원 이용을 극대화하기 위해서 수력발전 최대화에 조작 목적을 두고 용수공급은 제약조건으로 하여 우선적으로 공급하도록 선형추적 모형을 설계하고 최적 제어율의 유도 및 적용을 통하여 저수지 조작을 수행한다. 이때 조작은 화천댐, 소양강댐, 춘천댐, 의암댐, 청평댐, 충주댐, 팔당댐 등 주요 7개 댐을 포함하고 월단위로 21년간을 수행한다. 그리고 조작결과는 수력발전과 용수공급 및 보장수량 측면에서 분석되고 조작 연산 효율성이 검토된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권12호
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• pp.1325-1333
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• 2011

해석적, 수치해석적, 실험적인 방법을 통하여 반원형상의 채널로 구성된 냉각판의 열수력학적인 특성을 고찰하였다. 본 연구에서는 레이놀즈 수 30-2000, 그에 따른 냉각판의 압력손실 30-105 Pa 의 구간에서 수행되었으며, 냉각채널 부피비 0.04, 시스템 크기 $10{\times}10$, $20{\times}20$ 및 $50{\times}50$ 각각에 대하여 최적화 및 최적화되지 않은 1, 2, 3 차 형상 6 개가 포함되었다. 해석적 방법으로 설계된 혈관구조 설계를 검증하기 위하여 3 차원 수치해석이 수행되었으며, 실험을 통하여 수치해석모델에 대한 타당성이 검증되었고, 전 범위에 걸쳐서 수치해석 및 실험결과가 비교적 잘 일치된 경향을 나타내었다. 또한, 최적화된 냉각판의 유동저항 및 열저항 모두 최적화되지 않은 냉각판에 비하여 뚜렷하게 작게 나타났으며, 제시된 수치해석 모델 역시 모두 냉각판의 성능예측에 유용한 도구임이 확인되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권7호
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• pp.445-453
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• 2017

본 연구에서는 RO용 고압 다단 펌프의 수력 부 성능에 대해서 연구를 수행하였다. 수력 부 설계는 크게 임펠러 설계와 레이디얼 디퓨저 설계로 나뉠 수 있다. 임펠러의 자오면 형상 변화에 따른 유동분포와 성능을 수치 해석적으로 연구하였으며, 임펠러 외경, 출구 폭, eye dia 등은 고정시킨 상태에서 반응 표면 기법을 이용하여 허브 및 쉬라우드 자오면 곡선을 변화 시키면서 성능을 최적화하였다. 해석결과 양정에 가장 큰 영향을 미치는 설계 변수는 ${\varepsilon}Ds$로 나타났으며 효율은 허브 입구 길이 및 쉬라우드 곡선이 가장 큰 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 자오면 프로파일을 변경한 결과 기준모델(case 25)에 비해 약 0.5% 효율이 개선됨을 확인할 수 있었다.

• 에너지공학
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• 제24권1호
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• pp.88-96
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• 2015

기어펌프는 단순한 구조를 가지면서도 신뢰성이 높고 작동과 유지가 쉽기 때문에 수력학 장치에 널리 사용된다. 일반적으로 기어펌프는 질량유량과 효율을 고려한 다양한 변수에 의해 설계된다. 본 연구에서는 기어펌프의 최적화 설계를 위해 ANSYS v15.0 CFX 상용프로그램을 사용한 3차원 유동해석을 실시하고 해석결과로부터 설계변수를 선정하도록 하였다. 즉, 기어펌프의 다양한 회전 속도 및 기어 끝단과 하우징 사이의 간극에 대한 질량유량 및 효율을 검토하였으며, 해석 결과로서, 회전 속도가 증가할수록 평균 질량유량 및 효율은 증가하였고, 기어펌프와 하우징의 간격이 증가할수록 평균 질량유량 및 효율은 감소하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권8호
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• pp.893-904
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• 2013

NSGA-II와 함께 크리깅 메타모델기반 다목적최적설계 전략을 3차원 CFD 시뮬레이션을 통해 액셜 피스톤 펌프의 밸브 플레이트 형상을 최적화하는데 적용하였다. 펌프의 압력 변동을 저감하고 수력 효율을 최대화하기 위한 최적설계 과정은 두 단계, 즉 (1) 밸브 플레이트 상의 6개 형상 설계 변수를 선정하고 각 설계변수의 변화에 따른 CFD 해석을 수행하며, (2) CFD 데이터를 이용한 NSGA-II에 기반한 다목적최적설계 접근방식으로 최소 맥동 압력과 펌프 효율 설계에 대해 파레토 프론트를 평가하는 것으로 구성된다. 이들 결과로부터 최소 맥동 압력을 가지며 액셜 피스톤 펌프의 목표 효율에 도달하는 최적 절충해를 선택할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제31권6호
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• pp.779-793
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• 1998

본 연구에서는 용수공급을 위한 이수관점에서 수력발전의 경제적 운영과 더불어 용수수요에 효과적으로 대처할 수 있는 댐군의 경제적 연계운영 최적화 모형을 제안한다. 제안된 모형은 댐군의 연계운영을 통한 발전방류의 최대화, 용수 수요량에 대한 물부족량(shortfall)의 최소화, 불필요한 여수로 방류량의 최소화, 홍수기를 대비한 저수지의 여유공간 확보, 그리고 발전효율을 높일 수 있는 저수위의 확보 등을 고려하였다. 제안된 최적화 모형은 구조적으로는 최적화 모형이지만, 실질적으로는 댐군의 연계운영의 행태를 표현한 시뮬레이션 모형이라 할 수 있으며, 용수공급계획 수립시 최대 용수공급 가용량 산정에 활용하기 위해서 개발된 모형이다. 최적화모형은 약 3,920개의 혼합정수변수와 약 7만$\times$13만 Node-Arc Incidence Matrix로 표현되는 네트워크 모형을 포함하는 여러 기간에 걸친 혼합정수계획 문제 (multi-period mixed integer programming)로 설계되었으며, 대형문제로부터 야기되는 수많은 자료를 효과적으로 처리하기 위하여 DBMS를 활용하였다. 본 모형의 효과를 검토하기 위하여 한강수계에 위치한 댐들 중에서 2개의 다목적 댐과 3개의 발전용 댐들의 연계운영에 실험하여 보았다. 실험결과, 본 연구에서 수립된 모형의 현실적인 이용을 위한 수정 보완과, 효과적인 댐 유역별 중장기 유입량 예측시스템이 개발되어 실시간으로 운영될 수 있도록 수정, 보완된다면 현재의 운영방법보다 더 좋은 운영방안을 제시하므로써, 환경보존에 따른 이득은 물론 용수공급 능력을 증대시킬 수 있는 대안이 될 수 있다.

• 한국기계가공학회지
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• 제18권4호
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• pp.76-86
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• 2019

The cross-flow turbine is a key hydraulic power system that is widely due to low costs, high efficiency, and low maintenance. In particular, the cross-flow turbine considered as the most suitable turbine for low head situations as it is known to operate down to 5 m of water head. However, the conventional cross-flow turbine is unsuitable for ultra-low head situations with less than a 3 m water head. In this study, we propose an inverted-type cross-flow turbine to overcome the limitations of conventional cross-flow turbines under ultra-low head situations. First, we described the limitations of conventional turbines and suggested a new turbine for the ultra-low head circumstances. Second, we investigated the performance of the new turbine using CFD analysis. Results demonstrated the effects of the design parameters, such as number of blades and rotor diameter ratio, on the performance of the suggested turbine. As a result, we developed an inverted-type cross-flow turbine with up to 60% efficiency under low water head conditions.