• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제3회(2014년)
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• pp.157-168
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• 2014

거친 표면 위에서 물방울은 Wenzel (WZ) 상태와 Cassie-Bexter (CB) 상태로 존재할 수 있으며, 특히 돌기 사이를 채우고 있는 물 분자의 상태 (액체 또는 기체)로 물방울이 어떤 상태인지를 알아 낼 수 있다. 본 연구에서는 열역학적 이론과 격자 기체 기반의 몬테카를로 방법을 사용하여 표면 위에 존재하는 돌기의 크기와 모양이 돌기 사이에서 일어나는 물 분자의 액체-기체 상전이에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 돌기의 너비와 높이가 일정한 비율을 유지하고 있을 경우, 직육면체 (Square) 돌기의 경우 그 크기가 커질수록 CB 상태로의 상전이가 잘 일어나는 반면, 원통형 (Circular) 돌기의 경우 매우 큰 크기에서 더 이상 CB 상태로의 상전이가 일어나지 않는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.75-75
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• 2010

배변 후 toilet flushing 시 다량의 세균을 포함한 물방울들이 화장실 곳곳으로 퍼지는 현상이 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해 변기 뚜껑에 자기 세정 효과를 갖는 초발수 표면을 위해 플라즈마를 이용한 표면 처리가 시도되고 있으며, 이 연구의 일환으로 flushing시의 변기내의 유동 분석을 초고속 카메라를 이용하여 수행하였다. Toilet flushing 시 물 튀김 현상은 육안으로는 잘 관찰하기 어렵지만 최고 1000 frame/sec의 속도를 갖는 CCD camera를 이용하여 정량적으로 물 튀김에 의한 오염 가능성을 촬영 분석하였다, 두 번째로 소변 시의 변기 표면에서의 튀김현상을 분석하기 위하여 소변의 발사각도 및 속도를 가장 실제와 유사한 조건으로 설정하고 이를 상용 전산 유체 역학 소프트웨어인 CFD- ACE+의 자유 표면 계산 기능과 두 가지 유체(액체 및 기체)의 혼합 계산 모델을 사용한 계산 결과와 비교 하였다. 그 결과 변기 표면의 표면장력을 아주 작게 설정한 경우(작은 접촉각, 친수성)에는 중력의 영향을 고려하였음에도 불구하고 소변이 변기에 충돌 후 상부로 상당부분 튀어 올라가는 결과를 얻었다. 여러 가지 각도와 발사 속도, 실제의 인체와 유사한 발사 부위의 형상 변화로 인한 유체 표면의 난류 발생과 이에 따른 변기 표면 충돌 현상 변화 등을 수치적으로 고찰하였다. 한 예로 5.6 mm 직경의 노즐에서 소변이 나오는 경우를 발사 속도 3 m/s, 각도 $10^{\circ}$로 주고 중력을 고려하여 10초 동안을 계산하면, 방뇨 시 toilet bowl 내부에서의 물의 유동과 toilet 표면을 맞고 튀기는 현상을 그림 1과 같이 볼 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제30권5호
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• pp.489-495
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• 2006

Proton exchange membrane (PEM) should be sufficiently hydrated with a careful consideration of heat and water management. Water management has been a critical operation issue for better understanding the operation and optimizing the performance of a PEM fuel cell. The flooding on cathode side resulting from excess water can limit the fuel cell performance. In this study, the visual cell was designed and fabricated fur the visualization of liquid water droplet dynamics related to cathode flooding in flow channels. The experiment was carried out to observe the formation, growth and removal of water droplets using CCD imaging system. Effects of operating conditions such as cell temperature, air flow rate and air relative humidity on cathode flooding characteristics were mainly investigated. Based on this study, we can get the basic insight into flooding phenomena and its two-phase flow nature. It is expected that data obtained can be effectively used fur the setup and validation of two-phase PEM fuel cell models considering cathode flooding.

• 대한화학회지
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• 제53권2호
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• pp.175-188
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• 2009

본 연구에서는 학교 현장에 적용 가능한 ‘샤를의 법칙’ 실험방법을 개발하였다. 교과서 및 문헌 분석을 통하여 실험 장치 및 방법을 구성하는데 필요한 요소를 분석하였다. 전체 부피를 결정하는 부분 으로 단순 구조인 주사기를 사용할 때 보다 바이알과 부피 변화를 관찰하는 부분으로 유리관을 연결한 구조를 사용하였을 때 온도 변화에 따른 기체의 부피 변화를 쉽게 측정할 수 있었고, 비커 같은 큰 부피 의 물중탕 기구 보다 눈금실린더를 이용한 물중탕 방법이 냉각 시간에 있어서 이점을 보여주었다. 부피 변화 부분에서 저항이 최소화된 형태로 액체 마개 형태가 이용되었다. 액체 마개로 물방울을 사용할 경 우 측정 초반에 증발에 의해 기체 부피변화에 큰 영향을 주는데, 글리세롤을 사용할 경우 이 같은 영향 은 거의 없었다. 제안된 실험방법으로 대략 1 시간 이내의 실험 시간을 소요하여 높은 선형 상관계수($R^2$ = 0.999)를 갖는 결과를 얻을 수 있었고, 부피가 0이 되는 온도가 $-216.7\;{^{\circ}C}$로 예측되는 정도로 매우 정확 한 결과를 보여주었다. 본 연구를 통해 개발된 샤를의 법칙 실험은 학교 급별 교육과정에 따라 수준을 조절하여 실시할 수 있을 것으로 예상한다.