• 문화기술의 융합
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• 제8권3호
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• pp.493-499
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• 2022

본 논문은 제주도의 화산이 폭발 시에 얼마만한 속도로 폭발했으며, 폭발 후에 생기는 튜물러스와 한라산 중턱에서 폭발된 현무암이 바다까지 밀려온 결과를 보고한다. 현무암 지하 마그마가 약 절대온도 1000K로 지상의 중성대를 뚫고 1950m 상공에서 절대온도 1200K로 폭발하면서 나올 때의 속도에 대해 분석했다. 부력(浮力)에 의한 화염 기둥의 열기류인 Plume 화산 폭발로 인한 주변의 공기보다 연소가스의 밀도가 작아져 부력이 발생하고 상승 기류가 형성된다. 화염 기둥은 연속, 간헐, 부력 화염 영역으로 분류된다. 한라산(1950m) 화염 기둥의 속도는 상승한 최고점에서 낙하함으로 위치에너지가 운동에너지로 변환되어 유체흐름에 의해 이 두 식을 같게 놓아 풀면 화산 폭발 속도87.5m/s를 얻었다. 이때 마그마의 밀도는 온도에 반비례한다. 거문오름(456m)은 폭발 속도는 42.6m/s로 계산했다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권4호
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• pp.356-362
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• 2023

기후 변화에 따른 위험성은 전 세계적으로 오랜 기간 강조되고 있으며, 이를 극복하기 위한 노력은 해운분야에서도 국제해사 기구를 중심으로 이어지고 있다. 연소과정에서 발생한 매연을 제어하기 위하여 매연 생성 특성에 관한 연구는 필수적이다. 본 연구에서는 에틸렌 가스를 기반으로 한 대향류 확산화염에서 불활성 기체인 질소를 혼합하여 화염온도, 화염형태, 매연 생성 관련된 화학종의 상태변화를 확인하기 위해 광소멸법과 화학반응 수치해석을 수행하였다. 연구 결과. 질소의 혼합비율이 증가함에 따라 화염온도 감소와 매연체적분율 감소로 이루어졌다. 매연 입자가 분포하는 구간도 감소하였으며, 30% 이상 혼합비율이 높아지면 체적분율 감소율이 감소하였다. 매연 성장에 관여하는 화학종들의 몰분율도 감소하였다. HACA 반응 관련 화학종은 탄화수소 연료 비율에 따라 영향을 받으나, 홀수탄소 경로 관련 화학종은 탄화수소 연료 비율뿐만 아니라 화염온도 영향을 받는 것을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권4호
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• pp.300-309
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• 2017

우주비행체는 우주공간에서 소형 추력기를 통해 연소가스를 노즐 외부로 배출시킴으로써 궤도보정 및 자세제어에 필요한 반작용 모멘텀을 발생시킨다. 이때 배출된 배기가스가 우주비행체의 표면과 충돌하면서 발생된 교란 힘 및 교란토크, 열 부하, 표면 오염 등은 우주비행체의 수명 단축 및 기능저하를 유발시킬 수 있으므로 추력기 배기가스 거동에 관한 예측은 우주비행체 설계시 매우 중요한 절차라고 할 수 있다. 본 연구에서는 우주비행체의 자세제어용 추력기로 사용되는 10 N급 이원추진제 추력기의 배기가스 거동을 수치적으로 해석함으로써 우주비행체 설계에 필요한 핵심기술을 확보하는 것이 목적이다. 이를 위해 모노메틸하이드라진(MMH) 연료와 사산화이질소(NTO) 산화제의 화학평형반응과 추력기 노즐 내부 연속체 영역 계산을 수행한 후 배기가스 해석을 위한 직접모사법(DSMC)의 유입조건으로 적용하였다. 해석 결과, 이원추진제 추력기 노즐 부근에서 배기가스의 화학종 박리와 같은 비평형 팽창과 후방유동의 특성들을 예측할 수 있었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권7호
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• pp.929-935
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• 2014

본 논문에서는 선내 제어실 및 Web에서 고속의 선박엔진성능분석용 압력 모니터링이 가능한 시스템을 구현하고자 한다. 이 시스템은 압력센서, 다채널 A/D 변환기가 내장된 감시모듈, TCP/IP 및 무선 인터넷 통신시스템으로 구성되고, 저가형이면서 국산화 개발에 목표를 둔 것이다. 기존 국산 제품은 가장 먼저 폭발하는 실린더의 피스톤이 상사점(TDC, Top dead center)에 도달하는 순간에 그 실린더의 압력을 측정하고, 이어서 실린더 개수만큼 등분된 회전 각도가 지난 시점마다 차례대로 다음 실린더의 압력을 수동으로 측정하는 방식이고, 제안된 방식은 각 엔진마다 압력센서를 설치하고 이를 감시모듈에서 실시간으로 계측한 후 통신에 의해 현장 제어실 PC나 Web 상에서 실시간 모니터링이 되도록 구현한다. 제안한 방식을 이용하면 최초에 폭발하는 TDC 점뿐만 아니라 나머지 실린더의 TDC 점을 실시간으로 정확히 계측하는 것이 가능하고, 각 TDC에 동기 되는 각 실린더 내의 압력 측정이 가능하여 선박엔진성능분석의 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 실린더의 최대압력(Pmax)과 TDC 편차 및 연소상태와 같은 엔진의 다양한 진단에 사용될 수 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권7호
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• pp.749-755
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• 2011

현재 상용되고 있는 CNG(Compressed Natural Gas) 엔진에서 천연가스 조성만 변경했을 때 엔진성능 변화를 실험적으로 규명하였다. 실험에 사용된 엔진은 6606 cc, 희박 연소, 공기 과급기가 장착된 타입이며, 점화 시기는 발열량 10454 kcal/$Nm^3$의 가스에 최적화하여 고정시켰다. 실험결과 LNG 발열량이 10454 kcal/$Nm^3$에서 9811 kcal/$Nm^3$과 9523 kcal/$Nm^3$으로 낮아질 때 출력의 경우 평균 3.2, 3.4 %(공연비 미 제어시 3.4, 4.7 %) 각각 낮아지고 열효율은 평균 1.1, 1.5 % 포인트(공연비 미 제어시 1.5, 2.1 % 포인트) 낮아지는 것으로 관찰되었다. 배가스의 경우, 발열량 저하에 따라 이산화탄소, 일산화탄소, 질소산화물의 배출 농도는 모두 감소하는 것으로 나타났으나 THC(Total Hydrocarbon)의 경우에는 일정한 경향이 보이지 않았고 변화량은 크지 않았다.

• 자원ㆍ환경경제연구
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• 제19권3호
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• pp.597-632
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• 2010

지구온난화의 주요 원인이 되는 온실가스 증가는 화석연료의 사용과 세계 각 지역에 분포된 산림의 벌채 및 파괴에 주로 기인하고 있다. 화석연료의 연소는 대기에 탄소를 증가시키는 반면에 산림자원과 더불어 화석연료 소비의 감소를 초래하는 연료용 목재의 사용은 대기의 탄소를 일정하게 유지하는 역할을 수행한다. 특히, 목조 주택과 목조구조물, 그리고 산림을 구성하는 나무는 지하에 매장된 화석연료처럼 대기로부터 탄소를 흡수하여 저장하는 기능을 한다. 따라서 본 연구는 지구온난화의 완화를 위해 산림자원이 기여하는 현안들을 논의하기 위해 목재시장, 화석연료시장, 탄소순환 과정을 결합한 통합모형을 개발하였다. 본 연구는 이산시간 적정제어이론을 사용하여 통합모형에 포함된 내생변수들의 적정시간경로와 운동방정식, 그리고 정상상태에서의 해를 도출하였다. 본 연구는 이 결과를 바탕으로 대기에 축적되는 탄소를 줄이기 위해 규제당국이 교부하거나 부과할 보조금 및 조세의 적정규모를 규명하였다. 아울러 본 연구는 대기에 축적되는 탄소로 인해 발생하는 사회적 비용의 증가가 내생변수들에 미치는 영향을 분석하기 위해 시뮬레이션을 시도하였다. 그 결과 본 연구는 기존연구들이 제안한 연구결과와는 달리 사회적 비용의 증가가 산림자원의 적정수확기간에 미치는 영향이 매우 미약하다는 사실을 발견하였다.

• 한국가스학회지
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• 제25권4호
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• pp.36-42
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• 2021

쓰레기 매립지에 발생하는 매립지가스(Landfill gas)를 대기 중으로 방출할 경우에 매립지가스에서 많은 부분을 차지하고 있는 지구온난화 지수(global warming potential)가 높은 메탄가스를 배출하게 되어 기후변화에 악영향을 주게 되고, 매립지가스에 함유되어 있는 메탄을 내연기관의 연료로 활용하여 연소하여 발전을 하게 되면 이산화탄소 형태로 대기 중으로 배출하게 되어 온난화 지수를 낮추는 데도 기여를 할 수 있게 된다. 따라서 매립지가스를 내연기관을 이용한 발전용 연료로 사용하기 위해서 엔진의 열효율을 높이는 것이 중요하기 때문에 기존의 믹서 방식 기술을 이용한 연료공급 방식보다는 실린더별로 흡기포트에서 전자 제어 인젝터를 이용하여 기체 분사를 하는 방식의 연료공급 시스템을 사용하는 것이 필요하게 된다. 따라서 전자 제어 기체 분사 방식 기술을 이용하기 위해서는 매립지가스의 사용 조건에 따른 질량 유량을 정확히 측정하는 것이 중요하게 된다. 이를 위하여 본 연구에서는 매립지가스를 기체 분사할 경우에 분사량을 측정 및 계산하는 연구를 수행하였다.

• 한국가스학회지
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• 제25권3호
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• pp.27-38
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• 2021

본 연구에서는 가스보일러 가동 중 배기통이 이탈하는 상황이 발생했을 때, 시스템적으로 인지하고 자동으로 보일러 가동을 중지하여 일산화탄소를 포함한 유해 배기가스가 실내로 유입되는 상황을 근원적으로 차단하는 방안을 제시하였다: (1) 연소에 필요한 공기량을 제어하기 위해 설치된 풍압센서(APS : Air Pressure Sensor)의 출력전압을 측정하여 배기통의 정상상태와 이탈상태를 감시하는 기능을 추가한다. (2) 배기통이 이탈하면 APS의 출력전압이 상시 운전범위에서 일시적으로 상승하게 된다. 보일러 제어부인 PCB가 이 상태를 배기통 이탈로 간주하여 보일러 가동을 멈추면서 배기통 이탈 상태를 실내온도 조절기에 표시하도록 한다. 또한 국토교통부령으로 정한 「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」에서 명시한 공동주택 및 다중이용시설의 환기시설 기준에 따라, 실내공기 교환횟수에 맞는 풍량을 적용하여 실내공기를 환기하는 실험을 실시하였다. 이 실험 결과 실제 일산화탄소가 실내에 누출된 최악의 상태에서, 중독사고 예방이 가능하다는 것을 확인하였다. 다만, 동 규칙에서 정의한 시간당 실내공기 교환횟수를 기존 0.7회에서 0.5회로 2013년부터 완화하여 운영하고 있는데, 실험결과 8시간 가중평균 노출기준인 TWA 30 ppm을 초과하는 농도가 측정되어 기준을 강화할 필요성이 있다. 본 연구 결과에 기초하여 가스보일러 배기압력의 기계적 인지를 통해 배기통 이탈을 감지하는 기술과 일산화탄소 경보기와 연동된 실내공기 환기시스템 기술을 도입한다면 일산화탄소 중독사고가 크게 감소될 것으로 판단된다. 제조 및 검사단계의 문제점을 보완하고, 올바른 설치 및 수리, 사용자의 배기통 이탈에 대한 관심이 더해졌을 때, 일산화탄소 중독으로 인한 인명사고를 예방하는데 효과적인 대책이 될 것으로 사료된다.

• 청정기술
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• 제25권1호
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• pp.63-73
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• 2019

연소공정 내에서 질소산화물 배출을 저감하는 선택적 무촉매 환원장치 내부의 화학반응 및 저감효율에 대한 수치해석이 실행되었다. 선택적 무촉매 환원장치에서 저감된 질소산화물은 질소뿐만 아니라 아산화질소로도 전환된다. 아산화질소는 온실가스로써 지구온난화에 영향을 끼치기 때문에 선택적 무촉매 환원장치 내의 질소산화물 제어와 동시에 아산화질소 생성제어가 요구되어진다. 본 연구에서는 선행연구에서 실행된 실험과 온도조건과 가성소다의 첨가량이 동일한 선택적 무촉매 환원장치 내의 전산해석을 실시하고 비교하여 전산해석의 신뢰성을 확인하고, 가성소다 첨가량을 추가적으로 조절하여 질소산화물의 저감 효율과 아산화질소 생성량을 예측하였다. 전산해석은 후단의 측정점을 설정하여 각 물질의 질량분율을 확인하였다. 세부적으로는 측정점에서 유동방향에 수직한 면을 설정하여 온도 조건과 가성소다 첨가량에 따른 각 물질의 평균 질량분율을 비교하였다. 실험값과 전산해석에 의한 모사값은 최대 18.9%의 오차를 보이며 대체적으로 잘 예측됨을 확인하였으며 가성소다 첨가량을 증가시켰을 땐 70% 이상의 제거율의 온도 범위가 넓어지는 것을 확인하였다. 따라서 반응온도의 낙차가 크고 잦은 폐기물 소각시설 등에서 효과적일 것으로 예상된다.

• 한국가스학회지
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• 제25권2호
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• pp.34-41
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• 2021

국내에서 사용되는 천연가스가 저열량화 되면서 발생할 수 있는 문제점에 대응하기 위해서는 국내 산업용 가스기기에 미칠 수 있는 문제점을 사전에 파악하고, 이를 기반으로 에너지의 효율적인 사용을 위한 대응방안이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 EURO-6 규제를 대응하는 희박연소방식의 천연가스 엔진을 이용할 경우, 저열량 가스의 도입으로 인한 엔진 출력성능과 효율의 저하 문제를 해결하기 위해, 실험을 토대로 한 구체적인 제어방안과 결과를 제시하고자 하였다. 전부하 운전조건인 1,400 rpm의 엔진 회전수에서 스로틀이 전부 개방된 전부하 조건과 정격운전조건의 엔진회전수인 2,100 rpm, 450 Nm의 토크 조건에서 점화시기로 대표되는 제어변수에 의한 개선효과 확인을 위해, 각 가스연료에 대해서 점화시기를 변경하여 열효율 및 배출가스특성을 파악하고 최적화하였다. 전부하조건에서 토크를 기준으로 가장 낮은 값을 보이는 순수메탄의 경우 기준 조건에서 약 2 CAD 정도 점화시기를 진각하면 NOx 배출의 큰 증가 없이 토크를 보상할 수 있다.