• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.32 no.4
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• pp.215-222
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• 2019

The heat conduction problem with discontinuous material coefficients generally consists of the conservative equation, boundary condition, and interface condition, which should be additionally satisfied in the solution procedure. This feature often makes the development of new numerical schemes difficult as it induces a layered singularity in the solution fields; thus, a special approximation is required to capture the singular behavior. In addition to the approximation, the construction of a total system of equations is challenging. In this study, a wedge function is devised for enriching the approximation, and the interface condition itself is embedded in the moving least squares(MLS) derivative approximation to consistently satisfy the interface condition. The heat conduction problem is then discretized in a strong form using the developed derivative approximation, which is named as the interface immersed MLS difference method. This method is able to efficiently provide a numerical solution for such interface problems avoiding both numerical quadrature as well as extra difference equations related to the interface condition enforcement. Numerical experiments proved that the developed numerical method was highly accurate and computationally efficient at solving the heat conduction problem with interfacial jump as well as the problem with a geometrically induced interfacial singularity.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1997.11a
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• pp.10-11
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• 1997

고체 추진제를 사용하는 추진 시스템을 개발하는데 가장 커다란 문제로 인식되고 있는 것은 추진제의 연소 특성을 이해하는 일이다. 그 중에서도 연소실의 압력 진동과 추진제 벽면으로 흡수되는 복사 열전달에 의한 연소율(burning rate)의 변화로 인하여 발생하는 연소 불안정에 대한 이해는 아직도 완전히 규명되지 않고 있다. 고체 추진제의 연소 불안정에 대한 이론적 해석은 준-정상 1차원 해석(Quasi-Steady Homogeneous One-Dimension) 방법에 의하여 단순화된 지배방정식을 해석하는 것이 일반적으로 잘 알려져 있는 방법이다. 이 가정은 고체 추진제가 연수되는 영역을 두께가 매우 얇은 영역의 표면반응영역(surface reaction layer)과 화학반응이 없는 응축상태영역(condensed phase zone) 그리고 기체상태의 연료와 화염이 존재하는 기체상태영역(gas phase zone) 등의 3영역으로 구분하며, 기체상태영역에서 발생하는 교란에 대한 응축상태영역의 반응시간 크기(response time scale)가 매우 크기 때문에 응축상태영역의 반응은 준 정상적으로 일어난다고 가정하는 것이다.그러나, 연소실의 온도가 $3000^{\circ}K$ 정도의 높은 온도이어서 복사 열전달에 의한 고체 추진제의 가열이 중요한 열전달 방법으로 작용하게 되므로 이를 무시한 이론적 해석은 물리적인 중요성이 약하여질 수밖에 없다. 본 연구에서는 기체영역으로부터 전달되는 복사 열전달은 투명(transparent)한 표면반응영역을 통과하여 응축상태영역에서 모두 흡수되며 추진제 표면에서의 복사열방출(emission)을 고려하였다. 또한 연소불안정 현상을 해석하기 위하여 표면반응영역에서의 경계조건은 선형교란량으로 대치하는 Zn(Zeldovich-Novozhilov) 방법을 사용하였다. 이 방법은 기체상태영역에 대한 구체적인 해석없이도 연소불안정 현상을 해석할 수 있는 장점이 잇다. 즉 응축상태영역에서의 연소율과 표면온도는 각각 기체영역으로부터 전달되는 온도구배와 연소압력, 그리고 복사 열전달의 함수관계이므로 선형교란에 의한 추진제표면에서의 교란경계조건을 얻을 수 잇으며, 응축영역의 교란지배방정식과 함께 사용하여 압력교란과 복사 열전달의 교란에 대한 연소율의 교란 증감 여부를 판단하여 연소 불안정 현상을 해석할 수 있다.

• Journal of the KSME
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• v.26 no.5
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• pp.398-404
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• 1986

열전달에는 많은 개념과 방법론이 포함되므로 그 범위에 있어서, 적어도 다른 어떤 열과학보다도 광범위하다. 이 제목의 첫 과목을 가르치는데 있어, 교수는 토픽의 내용, 수학의 정도, 컴퓨터 사용 및 실험 등에 있어 많은 선택에 직면하게 된다. 이 선택은 학생개발목표는 물론 기자재 및 시간제한 등에 기반을 두어 이루어져야 한다. 열전달 첫 과목의 주된 목적은 학생이 열시스템 설계와 성능에 관계되는 문제를 합리적으로 취급할 수 있도록 준비시키는 것이어야 한다. 따 라서 전달, 대류 및 복사의 기본원리와 열시스템 해석의 방법론에 중점을 두어야 한다.

• Journal of the KSME
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• v.32 no.8
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• pp.685-690
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• 1992

가전제품의 제조와 관련된 열공학문제를 몇가지 예를 들어 검토하여 보았다. 제품은 강도가 커야 하고 설계공차 내에 들어야 하는 등의 조건을 만족함과 아울러, 그의 생산공정은 가급적으로 쉬워야 하고 재료를 절감할 수 있어야 한다. 제조공정 중의 열공학적인 과정이 제품 구조내의 열응력분포를 결정지우므로 열전달과정의 세심한 제어가 필요하다. 근래에 들어 컴퓨터의 발달로 열전달과정의 수치해석이 제조장비의 설계와 제조과정의 최적제어의 보조수단으로 등장하고 있다. 실제의 문제에서는 대부분 삼차원형상을 가지고 있고, 시스템을 고려하여야 하므로 여러 가지 현상이 연계되어 있다. 그러므로 수치계산에는 여전히 종래의 실험기법에 의한 실험식들과 여러 가지 축적된 경험의 도움을 필요로 한다. 이러한 측면에서 볼 때, 종래의 실험식, 경험식, 물성치, 기존의 수치해석의 결과 등을 컴퓨터에 데이터베이스(data base)화하여 소위 전문가 시 스템(expert system)을 구축하는 편이 단순히 공정의 극히 일부분 현상들을 수치해석하는 작업 보다 선행되어야 함이 바람직할 수 있다. 또한, 가전제품의 제조에는 열공학 또는 열전달현상에만 따로 주의를 기울이지 말고, 재질의 선택, 그의 유변학(rheology), 구조내의 균열문제 등을 연계 하여 고려하여야 한다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.20 no.6
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• pp.779-787
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• 2007

This paper presents a highly efficient moving least squares finite difference method (MLS FDM) for a heat transfer problem of bi-material with interfacial boundary. The MLS FDM directly discretizes governing differential equations based on a node set without a grid structure. In the method, difference equations are constructed by the Taylor polynomial expanded by moving least squares method. The wedge function is designed on the concept of hyperplane function and is embedded in the derivative approximation formula on the moving least squares sense. Thus interfacial singular behavior like normal derivative jump is naturally modeled and the merit of MLS FDM in fast derivative computation is assured. Numerical experiments for heat transfer problem of bi-material with different heat conductivities show that the developed method achieves high efficiency as well as good accuracy in interface problems.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.5 no.3 s.15
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• pp.1-8
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• 2001

This study was carried out for the purpose of determination of maintenance period and investigation of weak point due to freeze when the gas heater of KOGAS valve station Is not operated in winter season. 3-dimensional non-linear numerical simulation was conducted in order to predict the time and location which bath water in heater reaches to ice point. FLUENT V 5.0, commercial code, is used for thermal fluid flow analysis. We thought this was problem of heat conduction solving the energy equation and modeled gas heater by using the real geometry and scale for performing the 3-dimensional simulation. It was analyzed complex heat transfer phenomena considering convection due to air on surface, conduction in insulation material, natural convection of liquid in heater and heat loss through the pipe.

• Journal of the KSME
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• v.35 no.9
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• pp.829-835
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• 1995

통상의 열교환기에서 전열면이 제거된 형태의 직접열교환을 통하여 제작비나 열전달 특성에 큰 효과를 얻을 수도 있어 에너지이용 합리화에 기여하는 특성과 사례를 언급하였다. 또한 통상의 열교환기 설계와 다른 매질간의 공유계면에서 발생 가능한 전달특성을 위주로 설계상의 일부 유의사항을 기술하였다. 직접열교환의 기술축적은 상변화를 동반하는 열전달(two phase heat transfer) 문제의 기초지식은 물론, 염수플랜트(desalination)의 기본 요소설계, 원자로의 냉각계 통사고(LOCD)대책, 기타 냉각탑, 탱크가열, 증발기(evaporator), 건조장치(drier), 각종 기계, 화공 공정장치 설계 등 매우 광범위한 기술파급 효과도 기대할 수 있으므로 관련 기술자들의 많은 관심을 기대한다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.20 no.3
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• pp.162-170
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• 1996

A numerical study on the Stefan problem occurred in cryosurgery is performed. Crank-Nicholson type finite difference algorithm based on the enthaly method is adapted to solve the phase change problem in this study. As it is a moving boundary problem, special emphasis is put on the estimation of the freezing front location. Two cases selected here are freezings of human tissue by disk type cryoprobe and by hemispherical one. In both cases, the heat flows are considered to be one dimensional. The calculated results using enthalpy method are compared with those using the program TRUMP and with Neumann's solution. These results agree guite well with each other. While it is pretty difficult to get accurate freezing front location by TRUMP due to the so- called "phase change knee" occured during the phase change, the algorithm based on the enthalpy method is proved to be very powerful to cope with this kind of problem.f problem.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.11 no.1
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• pp.82-87
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• 1987

In this study a method of shape optimization is applied to two dimensional heat transfer system. For this the optimization problem is defined in a functional form including cost, constraints and the system governing equation. Then the material derivative concept in continuum mechanics and the adjoint variable method are employed for the shape design sensitivity analysis. With the sensitivity analysis results, an optimum is sought with the gradient projection optimization algorithm. The two dimensional isoparametric finite elements are used for accurate analysis and sensitivity calculations. The above method is employed to find the boundary shape to achieve a desired temperature distribution along a segment of the boundary subject to the maximum area constraint.

• Journal of the KSME
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• v.32 no.8
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• pp.666-672
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• 1992

유리의 제조공정에 있어서 열적 문제들을 고찰하여 보았다. 비단 유리뿐 아니라, 여러 가지 다른 재료의 공정 (예컨대 철강, 세라믹 등)에 있어서도 다양한 열적 문제가 관찰되며, 이러한 점에서 열공학자들의 관심의 확대가 절실하다고 하겠다. 이 글이 우리 열공학자들의 시야를 넓히는 데 일조를 하였기를 바라마지 않는다.