본 논문의 연구목적은 탐구실험중심 과학교육의 실현 방법으로 고고보드와 NetLogo를 이용한 실세계와 가상세계를 연결해주는 시뮬레이션 콘텐츠를 설계 및 개발하는데 있다. 먼저 탐구실험 수업을 위한 컴퓨터 시뮬레이션과 로봇활용교육을 이용한 수업모형을 탐색하고 가상시뮬레이션과 실제실험을 연동할 수 있도록 컴퓨터 기반의 실험 장치(MBL)을 제작하였다. 이 장치를 토대로 중등과학교과내용 중 온도변화(열평형)과 전기(저항과 전압과의 관계)단원 내용을 대상으로 시뮬레이션 콘텐츠를 제작하였다. 닫혀 있는 계에서의 온도변화가 같아지는 열평형반응을 탐구실험과 시뮬레이션으로 시각화하였으며, 전기단원의 저항과 전압과의 관계에서는 각 저항의 직렬연결을 이루었을 때, 각 저항에 걸리는 전류가 같고 전하의 흐름을 시뮬레이션 하였다. 중학생들을 대상으로 개발된 콘텐츠를 사용하게 하면서 시뮬레이션 사용 및 인터페이스에 대한 형성평가를 하였으며 컴퓨터 기반 과학교육에서 활용할 수 있는 방향성을 제시하였다.
$\mu$-볼로미터의 pixel pitch가 $44{\mu}m$에서 $35{\mu}m$로 작아지며 볼로미터에 입사되는 적외선의 광량은 역시 80% 정도 감소하게 된다. 불로미터 leg 폭과 길이는 구조적 안정을 위해 고정하였으며 두께를 변화하였다. 열적 고립이 개선되는 결과는 시뮬레이션을 통해 비교 분석하였다. Leg를 구성하는 a-Si과 Ti의 두께 변화에 의해 $44{\mu}m$ pixel pitch 인 경우 열 전도도가 1.52E-7 [W/K] 에서 9.64E-8 [W/K]로 개선되는 결과를 얻었으며, $35{\mu}m$인 경우 열 전도도는 1.21E-7 [W/K]에서 1.07E-7 [W/K] 로 개선되는 결과를 얻었다.
본 연구에서는 상용차의 무시동시 에어컨용 전력변환기의 열분포를 조사하였다. 유한요소법(PEM : Finite Element Method)기반의 열 분포 시뮬레이션을 한 후, 이 결과를 바탕으로 실험을 수행하였으며, 방열판 및 MOSFET의 열 분포 결과를 서로 비교 분석하였다.
원자력발전소에서는 열교환 파이프에서 발생하는 열피로 균열을 비파괴 탐상장비를 이용하여 조기에 발견하는 것이 안전을 위해 매우 필요하며, 따라서 이를 모사한 인공균열시편 제작에 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 이러한 균열은 일반 기계가공으로 제작하는 것이 불가능하여 실제 조건과 유사한 열 반복하중 하에서 제작될 수밖에 없는데, 이를 위해 많은 시간이 소요된다. 본 연구에서는 크랙성장 시뮬레이션 기법을 이용하여 이러한 균열 제작시간을 단축하기 위한 최적의 열하중 조건을 찾고자 하였다. 이를 위해 임의조건에서 시뮬레이션 및 열피로균열 발생 기초실험을 수행하여 균열 초기수명과 진전수명을 검증하였고, 이를 바탕으로 다양한 가열 및 냉각시간을 시뮬레이션 함으로써 제작시간을 최소화하는 열하중 조건을 구하였다. 시뮬레이션에서는 응력해석을 위해 상용 소프트웨어 ANSYS를 초기균열수명 계산을 위해 수치계산용 소프트웨어 ZENCRACK을 이용하여 코딩을 균열진전수명 평가를 위해 ZENCRACK 소프트웨어를 이용하였다. 그 결과 1mm 균열 제작에 소요되는 시간은 초기의 418시간에서 319시간으로 24% 단축되는 것으로 예측되었다.
시뮬레이션 분야에서 출력 분석은 중요한 분야중의 하나로 출력 분석을 정확히 하기 위해서, 지금까지 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 현재까지 시뮬레이션 출력 분석 분야에서 사용되지 않았던 프로크루스테스 분석(Procrustes Analysis) 방법을 사용하여 시뮬레이션 출력 데이타의 안정상태(steady state)를 분석하는 방법을 제시한다. 본 논문에서 사용하는 프로크루스테스 분석 방법은 시뮬레이견 출력 분석을 효과적으로 수행할 수 있도록 앨고리듬을 개선하여 적용하며, M/M/1 대기모형을 대상으로 시뮬레이션을 수행한다. M/M/1 대기모형에서 대기열의 평균대기시간과 평균길이라는 두가지 매개변수에 대한 출력 데이타를 동시에 사용하여, 프로크루스테스 분석을 행한 결과와 시뮬레이션 출력 분석에서 일반적으로 쓰이는 반복-제거 방법(replication-deletion approach)을 비교한 결과, 시뮬레이션 실행 횟수를 줄여도 추정하고자 하는 참값에 보다 더 가깝고 신뢰 구간의 폭이 더 좁은 추정치를 얻는다.
연속살균장치는 $130^{\circ}C$에서 $140^{\circ}C$의 초고온에서 연속적으로 식품을 열처리 하는 공정으로 재래 배치식 공정에 비하여 순간적인 짧은 시간이 소요되는 경제적인 공정이나, 액상과 고상으로 구성된 저산도 식품은 고상입자의 대류열전달 계수와 장치내 체류시간이 정확히 구명되지 않아서 연속살균기술이 성공적으로 적용되지 못하고 있다. 본 연구에서 연속살균장치에서의 액상식품과 고상식품사이의 대류열전달 계수를 예측하기 위하여 연속살균장치의 Hold tube에서 정육면체 모델 식품내부의 온도를 측정할 수 있는 장치를 개발하였다. 연속살균장치의 홀드튜브에서 정육면체 모델 식품의 온도변화를 예측할 수 있는 유한차분법을 이용한 시뮬레이션 모델을 개발하고 소고기를 대상으로 이 시뮬레이션 모델의 입력변수인 비열, 열전도도를 실험적으로 측정하여 사용하였다. 0.0에서 15.0 centipoise의 점도를 가지는 모델 액상식품의 15.6에서 45.2liter/min 의 유속에 대하여 액상과 소고기 정육면체의 대류열전달계수는 792에서 2107W/$m^2$K으로 예측되었다.
현재의 소자간 연결을 위해 사용되는 금속배선의 한계로 인해 보다 고속/대용량의 광연결(Optical Interconnection)이 크게 각광받고 있다. 본 논문에서는 FEM 시뮬레이션(Finite Element Method Simulation)을 통해 온도변화에 따른 기판에서의 온도분포를 살펴보고, 열응력 분포와 열응력 집중에 의한 기판의 변형으로 인한 문제를 연구하였다. 이를 통해 향후 Optical Passive Component 설계시 Optical Passive Component 변형의 원인이 될 수 있는 열원들의 배치를 최적화 시키고 기판의 취약부운을 보강하여 우수한 성능의 Optical Passive Component 제작을 목표로 하고 있다.
Thermal performance of pipe network of continuous heating system controlled by thermostat and flow control valve was simulated in consideration of radiation heat transfer and solved by linear analysis method. Thermal performance of real apartment building with radiant floor heating system was simulated by equivalence heat resistance-capacity method. This method enables to simulate the unsteady variation of temperature or each element of building. Heat transfer characteristics of each element were also investigated.
2-propanol /acetone/hydrogen 반응계로 구성된 화학적 열펌프 시스템은 낮은 온도(82.5~$90^{\circ}C$)에서의 2-propanol의 탈수소화 반응과 높은 온도(약 $200^{\circ}C$ 부근)에서의 acetone 의 수소화반응을 이용하여 열을 고품위화 시키는 장치이다. 본 연구에서는 이 시스템의 해석 및 설계를 목적으로 이 시스템에 대한 수치적인 모델들을 세우고 Sequential modular approach를 이용하여 시스템의 모사를 수행하였다. 또한 에너지 효율을 최대화하기 위하여 열펌프 시스템에서의 환류비의 영향을 규명하였다. 모사결과 이 시스템의 scale up을 위한 정량적인 정상상태 운전조건들을 구할수 있었으며 두 반응의 반응 전화율이 다르더라도 반응물의 유량의 차이를 통하여 두 반응열이 거의 같아지는 것을 알수 있었다. 아울러 주어진 운전조건에서 증류의 환류비는 최소환류비 근처의 최적값이 존재함을 알수 있었다.
군용 장비 개발 시 운용자가 안정적인 환경에서 운용할 수 있도록 온도조건을 고려하여 설계하여야 한다. 각종 군용 장비를 보관하는 쉘터는 다양한 환경에서 운용되고 있다. 시험장비 및 수리부속품의 저장온도 및 운용 요구조건은 $-32^{\circ}C{\sim}50^{\circ}C$로 쉘터 내부는 저장온도 및 운용 요구조건을 충족할 수 있도록 설계되어야 한다. 본 연구에서는 MIL-STD-810G의 기준을 고려하여 고온 및 태양열 조건에서 군에서 운용중인 2.5톤의 군용쉘터의 열해석을 수행하였다. 열해석은 열저항 및 열회로개념을 활용하여 적용하였으며 해석결과를 검증하기 위해 실제 제작된 군용쉘터에 대한 태양열 시험을 실시하여 결과를 비교하여 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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