• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.517-534
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• 2021

수소연료는 환경오염문제를 해소하고 에너지 불균형 및 비용을 절감할 수 있다는 점에서는 화석연료를 대체하는 에너지원으로 부각되고 있다. 수소는 친환경적이나 폭발성이 강하기 때문에 수소연료차의 화재, 폭발 사고에 대한 우려가 매우 높은 실정이다. 연구결과에서 수소사고는 일반적인 화재의 경우 비교적 안전하나, 폭발이 발생하면 매우 위험한 것으로 인식되고 있다. 특히, 터널과 같은 반밀폐공간에서는 위험도가 보다 증가할 것으로 예측되기에 이에 대한 예측방법 및 대책을 마련하기 위한 연구가 수행되고 있다. 이에 본 연구에서는 터널에서 수소폭발시 안전성을 평가하기 위해서 등가 TNT모델의 적용성과 수치해석 방법에 대한 검토를 수행하였다. 6개의 등가 TNT모델과 Weyandt의 실험결과의 폭발압력을 비교·검토하여 모델의 적용성을 평가한 결과, Henrych식이 13.6%의 편차로 가장 근접하는 것으로 나타났다. 수치해석을 이용하여 수소탱크 용량(52, 72, 156 L)과 터널 단면적(40.5, 54, 72, 95 m²)이 폭발압력에 미치는 영향에 대한 검토한 결과, 터널에서 폭발 압력파는 초기에는 대기중에서와 마찬가지로 반구형 형태로 전파되나 벽체에 도달하면 반사파가 형성되며, 일정 거리 이상에서는 평면파로 변형되어 아주 완만한 감쇄율로 전파하는 것으로 나타났다. 등가 TNT모델인 Henrych식은 폭발압력이 급격하게 감소하는 구간에서는 수치해석 결과와 잘 일치하나 폭발압력파가 변형된 이후에는 큰 폭으로 과소평가하는 것으로 나타났다. 수소탱크용량이 동일한 경우에는 터널 단면적이 증가할수록 폭발압력이 감소하며, 단면적이 동일한 경우에는 수소탱크 용량이 52 L에서 156 L로 증가하면 폭발압력은 약 2.5배 정도 증가하는 것으로 나타났다. 인체에 영향을 미치는 한계거리에 대한 평가결과, 수소탱크용량이 52 L인 경우 사망에 이르는 한계거리는 약 3 m, 중상에 이르는 거리는 단면적별로 차이가 있으나 28.5~35.8 m로 나타났다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2002년도 제19회 학술발표대회 논문초록집
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• pp.41-41
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• 2002

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권3호
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• pp.325-330
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• 2012

본 연구에서는 액화천연가스(LNG 즉 Liquefied Natural Gas) 저장탱크의 보강재(stiffener) 설계를 위한 주요 설계인자들의 특성을 파악하고 구조 최적설계를 수행하였다. 보강재가 결합된 LNG 저장탱크의 내조는 외부의 펄라이트(perlite)의 압력에 의해 좌굴되지 않도록 설계되는데, 기존의 보강재 설계방법에서는 펄라이트 압력이 내조 높이에 무관하게 동일하다고 가정하여, 보강재의 과도한 설계를 초래하였다. 본 연구에서는 펄라이트의 물성값에 따른 펄라이트 압력분포의 영향을 살펴보았고, 최적설계를 통해 기존 설계보다 보강재의 재료비용이 15.3% 절감됨을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권8호
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• pp.831-836
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• 2014

본 연구에서는 한국원자력연구원 내에 설치될 예정인 소듐시험 시설인 SELFA(Sodium Thermal-hydraulic Experiment Loop for Finned-tube Sodium-to-Air heat exchanger) 내에서 정상상태 가동온도가 $510^{\circ}C$의 고온 압력용기인 팽창탱크에 대해 고온 건전성 평가를 수행하였다. 팽창탱크에 대해 3 차원 유한요소해석에 기초하여 고온설계 기술기준인 ASME Section III Subsection NH 와 프랑스의 RCC-MRx 코드를 따라 크리프-피로 손상평가를 수행하였다. 평가결과 팽창탱크는 크리프-피로 설계 과도 하중 하에서 구조적 건전성을 유지하는 것으로 나타났다. 316L 스테인리스강 재질의 동 압력용기에 대해 정량적 코드 비교 분석을 수행하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권3호
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• pp.258-263
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• 2012

본 논문은 천리안 위성의 추진계를 간략하게 소개하고 천리안 위성의 발사 및 초기 위성운용 수행 임무 중 위성 추진계의 일련의 과정에서 측정된 원격측정치를 제시한다. 일부 원격측정치는 기 개발된 프로그램의 계산결과와 비교하였다. 추진계의 압력변화는 주로 두단계로 구성된다. 첫 번째 단계는 위성 추진계의 초기화, 즉 안전을 위해서 추진제 탱크 후 단부터 추력기 상단까지 충전된 헬륨 가스를 진공인 우주공간으로 빼는 배출단계를 시작으로, 이 빈 배관망에 산화제와 연료를 각각 채우는 충전단계를 거치고 마지막으로 추진제 탱크의 압력을 일정한 압력까지 올리는 가압단계이다. 두 번째 단계는 목표궤도에 이를 때까지 수행하는 액체원지점엔진의 연소 단계이며, 이 단계에서는 추진제 탱크의 압력을 일정하게 유지 하기 위해서 가압제인 헬륨을 사용한다. 이 프로그램은 향후에 개발되는 정지 궤도복합위성의 기초 설계자료 생성에 사용할 수 있을 것이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.170-179
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• 2017

본 논문은 소듐냉각고속로 원형로 소듐-물 반응 압력완화계통의 급수배출부와 수소방출부의 설계요건 도출을 목적으로 한다. 증기발생기 전열관 누설에 의한 소듐-물 반응 발생 시, 증기발생기 내의 급수 증기를 신속하게 배출하는 조건을 도출하기 위해 급수덤프탱크 가스방출배관의 단면적과 증기발생기 급수배출배관의 수직길이를 변화시켜 연구를 수행하였다. 정상운전과 재장전운전에 대해 각각 계산을 수행하여 급수덤프탱크 가스방출배관의 단면적과 증기발생기 급수배출배관의 수직길이를 결정하였다. 정상운전 조건에서 소듐-물 반응 발생 시, 생성물인 수소에 의해 형성되는 과압이 소듐덤프탱크의 설계압력을 만족시킬 수 있도록 하는 가스방출배관의 직경을 도출하였고, 이 때 대기로 방출되는 수소의 유량과 농도를 계산하였다. 본 논문의 계산결과는 향후 소듐냉각고속로 원형로의 소듐-물 반응 압력완화계통의 설계요건으로 활용될 예정이다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.61-73
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• 1993

본 연구에서는 탱크 내에 부분적으로 적재되어 있는 액체화물의 유동문제를 유한차분법을 이용해 해석하였다. 자유표면의 변화를 추적하고 유체장 내의 연속방정식과 Navier-Stokes 방정식을 만족시키기 위해 SOLA-SURF 기법이 적용되었다. 특히, 심한 유동으로 인한 탱크 상부에서의 충격압력을 예측하기 위해 충격완화영역의 개념을 도입하여 갑작스런 경계조건의 변화를 억제함으로써, 보다 현실적인 압력값을 예측할 수 있도록 하였다. 수치계산에서는 실험결과가 알려진 세가지 모델들에 대한 계산을 수행하였는데, 계산결과가 실험결과에 비교적 잘 일치하고 있었다. 그리고, 이 기법의 실선적용에 대한 가능성을 살펴보기 위해 30만톤급 초대형 유조선에 대한 실선계산도 수행하였다. 이러한 적용을 바탕으로 본 연구에서 적용된 수치기법이 sloshing 충격압력의 추정에 실용적으로 적용할 수 있음들 확인하였다.

• 한국가스학회지
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• 제22권3호
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• pp.45-52
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• 2018

국제해사기구(IMO)의 선박 배출가스 기준 강화로 인해 LNG 연료추진선박의 필요성이 대두되고 있으며 관련 분야에 대한 기술개발 및 실용화 촉진 연구가 활발하게 진행되고 있다. LNG 연료탱크는 운항 중 연료소비로 인하여 잔류량이 70% 미만이 될 경우 슬로싱을 고려하여야 하므로 재액화 장치를 탑재하기 어려운 중소형 LNG 연료추진선박은 Type C 형태의 압력 탱크가 적용될 가능성이 높다. 이러한 LNG 연료추진선박에 적용되는 LNG 탱크는 구조적 안전성과 더불어 LNG를 오래 보관하기 위한 단열성능이 매우 중요하다. 본 연구에서는 Type C LNG Tank에 대한 단열성능 평가 절차를 제안하였고, 실험을 통해 LNG 탱크의 열적 특성으로 인한 온도, 압력, BOG(Boil Off Gas)의 변화를 비교, 분석함으로서 BOR(Boil Off Rate) 테스트 절차에 대한 타당성과 유효성을 검증하였다.

• 항공우주기술
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• 제1권1호
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• pp.55-64
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• 2002

수명 12년의 중형급 정지궤도 통신위성의 추진시스템 개념설계과정이 기술된다. 임무해석을 통해 주어진 전속도 증분량(ΔV)을 사용하여 임무수명기간동안 필요한 추진제 양이 계산되었으며 이 값을 기초로 하여 연료탱크와 산화제 탱크의 형상을 설계하였고 필요한 가압제의 양과 가압제 탱크의 압력을 구할 수 있었다. 구조계와 Trade-Off Study를 통해 추력기의 배치와 로켓엔진의 개수, 탱크의 배치 등을 결정하였으며 전체적인 추진시스템 개념설계 형상이 최종적으로 제시된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권5호
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• pp.262-267
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• 2017

LNG 운반선용 구형 탱크의 제작을 위해서는 탱크의 크기에 따라 별도의 공장 설비가 필요하며 시설 투자의 한계로 인해 현실적으로 조선소에서 다양한 크기의 완전 구형 LNG 탱크를 제작하는 것은 매우 어려운 일이다. 다양한 용량의 LNG 탱크 제작을 위해서는 기존 구형 탱크의 중앙부에 원통 형태의 확장부를 삽입하여 적재 용량을 키우는 방법이 효과적이다. 본 연구에서는 원통 확장부를 갖는 구형 LNG 탱크에 대하여 수평 가속도에 의한 동적 압력분포 산출식을 유도하였다. 본 논문에서 유도한 압력 분포 산출식을 이용함으로써 원통 확장부를 갖는 구형 탱크를 화물창 형식으로 하는 LNG 운반선의 구조설계 시 구조 안전성 평가를 위한 동적 설계하중을 간편하게 구하여 해석에 적용할 수 있다. 또한, 이미 개발되어 있는 원통 확장부를 갖는 구형 LNG 탱크의 정적 하중에 대한 설계하중 산출식과 결합함으로써 정적 및 동적하중을 모두 고려한 정도 높은 간이해석법의 개발이 가능하며, 이를 통해 초기 견적 시 많은 시간과 비용을 소요하는 유한요소 해석을 대신하여 짧은 시간에 정도 높은 물량 산출이 가능할 것으로 기대된다.