Nd:YAG 레이저봉을 이용한 간단한 간섭장치를 구성하여 단일펄스 및 고반복률 펌핑 후 레이저봉의 간섭효과에 의한 간섭무늬의 이동갯수를 이용하여 레이저봉의 온도를 측정하였으며, 간섭무늬의 시간적인 변화와 열확산 방정식을 풀어서 얻은 레이저봉의 온도와 비교하였다. 아울러 레이저봉에 누적된 열에너지의 공간분포와 정도를 측정하여 본 연구에서 사용된 금도금된 섬광관 펌핑 반사체에 의한 레이저봉의 펌핑 균일도 및 열전달률을 평가하였다.
전자선 및 열경화 방법을 사용한 에폭시 수지의 경화거동과 열안정성 효과를 알아보기 위하여 비교 연구를 수행하였다. 본 연구에서는, benzylquinoxalinium hexafluoroantimonate(BQH)가 에폭시 수지의 잠재성 양이온 촉매로서 사용되었다. 열중량분석(TGA)에 의하면, Coats-Redfern 방법에 기초한 분해활성화 에너지는 열경화 방법의 경우가 더 높게 나타났다. 이것은 열로 경화되어진 에폭시 수지의 높은 가교 밀도로 인해 열확산 속도가 느려졌기 때문으로 사료된다. 그러나, 전자선 방법으로 경화되어진 에폭시 수지에서는 안정한 짧은 고리구조, 적분열분해온도, 그리고 높은 충격강도를 위한 최종적인 연성 특성을 향상시키는 수산화기의 증가가 근적외선 분광기(NIRS) 측정으로 관찰되었다.
이 연구는 코로나바이러스감염증-19(이하 COVID-19) 확산 및 이에 따른 사회적 거리두기의 시행이 공원 이용자 수에 미치는 효과를 실증적으로 분석하였다. 이를 위해 서울시 송파구에 소재한 대규모 종합도시공원인 올림픽공원과 동일 자치구 내 근린공원 4 곳의 이용자 수와 COVID-19 발생에 관한 시계열 자료를 분석하고, 이를 서울의 대표적 실내 복합여가공간인 잠실 롯데월드 일대 이용자 수 변화 효과와 비교하였다. 분석결과는 다음과 같다. 먼저, 주거지역 내 위치한 소규모 근린공원은 COVID-19 확산과 이에 따른 사회적 거리두기 시행으로 발생 이전에 비해 평균적으로 3~6% 정도 이용자 수가 증가하였다. 특히 사회적 거리두기 강도 상향에 따라 공원 이용변화가 민감한 것으로 나타났다. 반면 잠실 롯데월드 일대 이용자 수가 평균적으로 38%가량 감소하였고, 올림픽공원의 경우에는 COVID-19 확산에 따라 평균적으로 1.9% 정도 이용자 수가 감소하였다. 올림픽공원의 원거리 이용자를 나타내는 차량 이용자 수가 평균적으로 23%가량 감소한 것을 고려하면, 주변지역 이용자 수는 거의 변화가 없는 것으로 추정된다. 이는 COVID-19와 같은 전염병 재난 시 도시공원, 특히 주거지역 내 근린공원은 도시인들에게 주요한 피난처이자 여가공간으로서 역할을 수행하므로 이의 적절한 공급과 유지관리가 필요하다는 것을 시사한다.
대륙지각의 대표적인 암석이며 우리나라의 약 25%를 차지하는 쥬라기 화강암을 대상으로 상부지각의 열적 현상을 이해하는데 중요한 정보인 물성과 열물성을 측정하였다. 충남 연기군(2개 시추공, 149개)과 대전시 유성구(1개 시추공, 59개)의 총 3개 시추공으로부터 회수한 206개 화강암의 건조 상태의 열전도도 평균은 2.813 W/mK이고, 공극 보정을 한 평균 열전도도는 2.900 W/mK이다. 공극 내 물의 효과로 인해 공극 보정을 한 열전도도가 높게 나타난다. 건조 상태의 평균 열확산율은 $1.296{\times}10^{-6}m^2/sec$이며, 온도변화에 따른 열확산율 변화는 온도가 증가할수록 열확산율이 낮아지는 경향을 보인다. $200^{\circ}C$에서의 열확산율은 상온 $25^{\circ}C$에서 보다 30% 정도 더 낮게 나타나는 것을 확인하였다. 206개 화강암의 평균 공극은 0.010이며, 건조밀도와 포화밀도는 각각 $2.662g/cm^3$와 $2.673g/cm^3$이다. 열전도도와 공극의 상관관계로부터 화강암의 열전도도는 공극보다 구성광물에 의한 영향이 더 큰 것을 확인하였다. 열전도도와 열확산율의 상관관계에서는 결정계수가 0.898로 선형관계가 잘 나타나고, 공극과 밀도의 상관관계에서는 ${\rho}=-2.393{\times}{\phi}+2.705$라는 상관식을 산출하였다. XRD 분석과 XRF 분석 결과로부터 석영과 $SiO_2$ 함량이 증가하면 열전도도가 높아지고 조장석과 $Al_2O_3$가 증가하면 열전도도가 낮아지는 경향을 확인하였다. 또한 부피 함량비가 많은 광물과 화학성분을 이용해 회귀 분석을 수행하였다. 석영을 이용한 선형식은 $K=0.0294V_{Quartz}+1.93$으로 산출 되었다. 또한, $SiO_2$를 이용한 선형식은 $K=0.237W_{SiO_2}-14.09$로 산출 되었고, $SiO_2$와 $Al_2O_3$를 이용한 회귀식은 $K=0.053W_{SiO_2}-0.476W_{Al_2O_3}+6.52$로 산출 되었다. Felsic-marfic index를 이용하여 산출한 비중과 측정된 비중의 평균은 각각 2.645와 2.650이며, 평균 상대오차는 0.667%로 나타났다.
소화약제의 국소방출방식 개념이 적용될 수 있는 대향류 확산화염을 대상으로 $CO_2$ 소화약제의 소화기구를 재조명하기 위한 연구가 시도되었다. 이를 위해 연료 또는 공기류에 $CO_2$가 첨가된 낮은 총괄신장율의 $CH_4$/air 대향류 확산화염이 상세반응을 이용한 수치해석을 통해 검토되었다. 첨가된 $CO_2$를 포함한 복사 참여 화학종의 복사 열손실을 고려하기 위하여 optically thin model(OTM)이 적용되었다. 주요 결과로서, 공기류에 첨가된 $CO_2$의 소화농도 예측결과는 문헌에 보고된 실험결과를 적절하게 예측하고 있으나, 연료류에 첨가된 경우 다소 과소 예측된 결과를 확인하였다. 소화효과에 대한 정량적 분석을 위하여 가상의 소화약제의 개념이 도입되었다. $CO_2$ 소화효과의 분석을 통해 총괄신장율($a_g$)에 따른 순수 희석효과, 복사 열손실 및 열용량에 의한 열적효과 그리고 $CO_2$의 연쇄반응 억제를 통한 화학적 효과의 정량적 기여도를 구체적으로 확인할 수 있었다.
충돌, 퍼짐 및 수축을 포함한 나노입자 혼합 액적의 거동에 대한 수치모사를 수행하였다. 기체-액체 상경계면은 벽면에서의 접촉각 이력현상을 포함한 레벨셋 방법을 이용하여 해석하였다. 액적 내부의 나노입자 분포를 해석하기 위하여 물질의 열확산을 반영한 농도 방정식을 해석에 포함하였다. 수치해석 결과로부터 나노 입자의 분포는 온도의 불균일 분포에 크게 영향을 받는 것을 확인하였다. 나노입자의 농도 집중도에 의한 표면 장력 및 접촉각변화 효과에 대한 연구를 수행하였다.
시료의 한 부분에 순간적으로 가열하여 시료의 특정 부분의 온도변화를 조사함으로써 시료의 열 확산도를 측정하였다. $Pb_5Ge_3O_{11}$ 단결정의 환산 열 확산도는 trigonal 구조인 $30^{\circ}C$에서는 $0.0117cm^2/^{\circ}C$, curie point 근방인 $178^{\circ}C$에서는 $0.0105cm^2/^{\circ}C$이며 hexagonal 구조인 $180^{\circ}C$에서는 0.0112cm로 각각 나타났다. 이는 $Pb_5Ge_3O_{11}$ 단결정을 같은 열량으로 가열하였을 때, 실온에서 curie 온도쪽으로 갈 때 가열 효과가 적었으며 curie point에서 최소가 되었다가 curie 온도 이상에서는 갑자기 증가하여 일정하게 되었다. 따라서 $Pb_5Ge_3O_{11}$ 단결정의 상전이 용도가 1m 근방임을 확인하였다.
현재 액체로켓 엔진 연소기 내벽은 bonding layer NiCrAlY과 Top layer $ZrO_2$가 플라즈마 용사 방식으로 형성 된다. 이는 뛰어난 열 차폐 특성과 작업시간이 짧은 장점이 있지만, bonding layer와 Top layer 사이의 열팽창 계수 차이로 인한 균열 발생 가능성이 내재 되어 있고, 연소실 내벽에 균일한 두께의 코팅층을 형성하기 어렵고 설비가 비싸다는 단점으로 인하여 세라믹 코팅 층을 금속 코팅 층으로 대체 하고자 한다. 금속 코팅층은 모재와의 밀착성이 높고, 우수한 산화 및 부식방지 기능을 가지며 저렴하다는 장점이 있다. 또한 코팅 후 연마 작업이 가능해 연소실 내부형상을 설계조건 대로 유지 할 수 있는 특징이 있다. 따라서 본 연구에서는 연소실 내벽에 적용할 모재, 무전해 Ni-P 도금과 전해 Cr 도금층 사이의 밀착력 향상을 위한 방법에 대한 연구를 하였다. 밀착력 향상을 위한 요소로 전처리 용액과 열처리 시간에 따른 영향을 알아보고자 하였으며, 이를 위해서 5가지의 산세 용액으로 각 시편을 산세 한 후, 6시간, 12시간, 18시간 열처리 하여 단면을 비교하여 열처리에 영향을 알아보고자 하였다. 연구 결과 산세 용액의 영향은 크게 나타나지 않았으며, 열처리 시간이 길수록 Ni-P/Cr의 확산이 더 잘 일어나 확산층이 더 넓어지면서 밀착력이 더 좋아 진 것으로 판단되어 진다.
본 연구에서는 전기장에 의하여 유발되는 자연대류의 영향을 줄이기 위하여 수평 다공성 유체층에 열적 성충화를 유지하여 부력과 유체층의 안정화 효과를 체계적으로 조사하였다. 이를 위하여 수평 다공성 유체층에서 이중확산대류에 의한 물질전달 상관식을 이론적으로 유도하고, 전기화학 실험을 통하여 이론에 의한 모델을 보완하였다. 물질전달 상관식은 다공성 매질층에 대한 유동 방정식으로 Forchheimer모델을 사용하고 미세 난류 모델을 적용하여, 용질 및 열 Darcy-Rayleigh수와 Lewis 수로 유도하였다. 실험에서는 다공성매질에 포화된 황산구리황산용액내의 구리이온을 전기 화학적 방법을 통하여 확산 또는 자연대류에 의한 물질전달 실험을 수행하였다. 이론 및 실험적 해석 결과를 종합하면 다공성 매질 내에서 구리이온의 이중확산대류에 의한 물질전달 상관식은 다음과 같다. $$Sh=\frac{0.03054(Rs_D-LeRa_D)^{1/2}}{1-3.8788(Rs_D-LeRa_D)^{-1/10}}$$ 본 연구의 결과는 실험치와 잘 부합되었으며, 모델식의 원형은 열 및 물질전달계에서 자연대류의 영향을 효과적으로 제어할 수 있는 방안으로 활용될 수 있을 것이다.
본 연구에서는 저탄소강 판재가 소성변형을 하면 열확산계수가 변화하는가를 구명하려는 것이다. 재료의 소성변형은 압연법을 이용하며, 고온압연, 열간압연 및 냉간압연법으로 재료를 제작하여, 압연률을 변화시키면서 압연방법 및 압연률에 따르 는 변화를 규명하려 한다. 열확산계수의 측정은 레이저 섬광법으로 하며 온도를 실 온에서 500.deg. C 근처까지 변화시키면서 측정한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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