최근에 해안구조물의 시공에 있어 친수성 및 방재 기능을 동시에 갖는 구조물이 검토되는 사례가 증가하고 있다. 본 연구의 목적은 비교적 급한 1:5 사면을 가진 해안구조물 위로 전파하는 파랑변형 및 파의 처오름을 예측하는 것이다. 사면 위의 파랑변형 및 처오름을 해석하기 위하여 비선형 천수방정식을 사용하였으며, 투수층 내의 유체운동에는 확장형 Forchheimer의 저항법칙에 근거한 비선형, 비정상 Darcy법칙을 적용하여 규칙파 및 불규칙파를 대상으로 수행되었고, 계산결과는 PBREAK 수치모델의 적용성 및 한계성을 검토하기 위하여 수리모형실험 결과와 비교검토 되었다. PBREAK 수치모델은 사면 위의 파형의 변화를 잘 예측하였으나 질량 및 운동량의 교환이 많이 발생하는 쇄파대 내에서 수리모형실험 결과와 약간의 차이를 보여주었다. 또한 수심평균된 수립자 유속은 파봉 부근을 제외하고 파곡 아래에서 계측한 실험치와 잘 일치하였다.
연구배경: 최대 산소 섭취량 ($VO_2$ max) 은 답차 운동시 자전거시 보다 높게 측정이 되는데, Hassen과 Wasserman 등에 의하면 답차 시 약 1.11배 정도 높게 측정된다고 하였다. $VO_2$ max는 나이, 성별, 키, 체중 등 뿐만 아니라 인종, 사회문화적 배경 및 운동 습관에 따라서도 영향을 받을 수 있음이 알려져 있다. 본 연구에서는 한국 대학생 연령의 성인을 대상으로 답차와 자전거 운동시 $VO_2$ max와 무산소 역치에서의 산소 섭취량 (AT)을 측정, 비교하였다. 방법: 1998 년 6월부터 9월까지 연세대학교 의과대학에 재학중인 남학생 44명을 대상 으로 하였다. 이들을 무작위로 2군으로 나누어 24명은 답차를 우선 시행 후 1주일 후 자전거로 운동을 시행하였고 20명은 자전거를 우선 시행 후 답차를 시행하였다. 증상 제한적 최대 운동 시행토록 하였으며, 최소한 호흡 교환비(RER) 가 1.1을 초과한 경우, 최대 산소 섭취량이 30초 이상 평점을 이룬 경우, 최대 운동시 심박 예비율이 15% 미만이거나 또는 호흡 예비율이 30% 미만일 경우를 최대 운동으로 정의하였고 이들 중 한가지라도 충족시키지 못한 경우에는 최대운동을 하지 않은 것으로 (submaximal exercise) 간주하여 연구에서 제외하였다. AT는 V-slope method로 구하였다. 결과: 답차 운동시의 $VO_2$ max와 AT 의 값은 각각 $45.1{\pm}6.66 m\ell$/kg/min, $26.0{\pm}6.78 m\ell$/kg/min 이었으며, 자전거 운동시에는 각각 $34.9{\pm}5.89 m\ell$/kg/min, $19.5{\pm}4.77 m\ell$/kg/min 이었다. 측정-$VO_2$ max/예측 $VO_2$ max 의 값은 답차 운동시 $98.8{\pm}13.24 %$ 이었으며, 자전거 운동시 $84.4{\pm}13.42 %$ 이었다. 자전거의 결과로 답차 운동시 $VO_2$ max 의 예측치를 구할 때 쓰이는 Hassen등의 공식을 이용하여 이를 실제 답차 운동시 얻어진 $VO_2$ max값과 비교해 보았을 때 두 값 사이의 차이는 통계적으로 유의하였다 (p<0.01). 최대 운동시 심박 예비율, 산소/맥, 호흡 예비율, $V_E$/MVV, $V_E/VCO_2$는 (답차 운동과 자전거 운동사이에 차이가 있었다 ). 그러나 $V_E/VO_2$, Vd/Vt, Ti/Ttot는 차이가 없었다. AT에서는 산소/맥, 호흡 예비율, $V_E$/MVV, Ti/Ttot값은 차이가 있었으나 나머지 값들은 그렇지 못하였다. 결론: 본 연구에서 보았듯이 답차와 자전거 사이의 차이가 크므로 결과의 해석에 이용시 유의해야 할 것이며, 향후 한국인에서 적용할 수 있는 참고치를 구하려는 노력이 필요할 것으로 여겨진다.
연구배경 : 결핵에 의해 폐실질의 손상과 혈관 자체의 손상이 발생하고, 폐결핵의 만성 후유증으로 병발하는 이차성 폐기종에 의해 추가적인 폐혈관상의 손상이 초래된다. 그러므로 폐의 관류장애는 원발성 폐기종보다 결핵후 폐기종에서 더 심한 경향을 보인다. 따라서 결핵후 폐기종에서 우심의 기능이 중요한 역할을 할 것으로 추정되나, 이에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구는 결핵후 폐기종과 원발성 폐기종에서 우심 기능의 차이를 알아보고, 유의한 차이가 있다면 그 의의를 알아보고자 하였다. 방 법 : 병력 및 HRCT 결과, 폐기능검사 소견을 종합하여, 결핵후 폐기종 또는 원발성 폐기종을 진단하였다. 1초시 강제호기량과 노력성폐활량이 서로 비슷한 결핵 후 폐기종 환자와 원발성 폐기종 환자 20명을 선정하였다. 이들 환자를 대상으로 안정 시와 증상한계 운동부하 후 동맥혈가스분석과 심초음파검사들 시행하였다. 우심의 기능은 변형된 Simpson씨 법으로 박출계수를 산정하여 평가하였다. 결 과:대상환자들의 임상적 특성이나 폐기능검사 지표 상 두군간에 유의한 차이는 없었다. 동맥혈 가스분석 상 결핵후 폐기종군에서 안정 시와 운동 후 모두 이산화탄소압이 높고(안정 시 $42.9{\pm}4.7$ vs $38.8{\pm}3.1\;mmHg$, p<0.05 ; 운동 후 $47.9{\pm}7.0$ vs $41.1{\pm}5.9$, p<0.01) 우심실기능은 낮았다(안정 시 $57.6{\pm}6.5$ vs $61.4{\pm}4.7\;%$, p<0.01 ; 운동 후 $51.1{\pm}10.8$ vs $59.8{\pm}6.6\;%$, p<0.01). 또 운동 후 산소분압 역시 낮았으며($65.7{\pm}12.6$ vs $80.2{\pm}14.4\;mmHg$, p<0.01), 안정 시 산소분압은 낮은 경향을 보였다($82.9{\pm}12.0$ vs $87{\pm}7.5$, p>0.05). 양군 모두에서 우심의 박출계수는 운동 후의 산소분압(결핵후 폐기종 r=0.536, 원발성 폐기종 r=0.557), 그리고 안정 시(결핵후 폐기종 r=-0.576, 원발생 폐기종 r=-0.588) 및 운동 후(결핵후 폐기종 r=-0.764, 원발성 폐기종 r=-0.619)의 이산화탄소분압과 유의한 상관관계를 보였다. 결 론 : 환기기능이 비슷한 경우 결핵후 폐기종에서는 원발성 폐기종에 비해 우심의 기능과 가스교환능이 현저히 떨어져 있어, 결핵후 폐기종에서 폐의 가스교환은 우심실 기능의 영향을 받을 것으로 사료된다.
이젝터는 고압의 유체를 구동관로에서 분출시켜, 그 주변의 저압기체와 운동량 교환을 통하여 저압의 유체를 보다 높은 압력까지 상승시켜 흡인되는 유체를 이송하는 장치이다. 증기-증기 이젝터는 흡입, 혼합 및 탈수에 널리 사용되고 있다. 그리고 이젝터는 기계적인 작동이 없으므로, 고장이 거의 없다. 또한 이젝터는 유체 관련 시스템의 크기에 관계없이 유체와 관련된 다양한 장소에 용이하게 설치할 수 있어, 정비의 필요성이 거의 없고 비용도 합리적이다. 따라서 본 연구는 단순 압축 또는 진공 설비를 위한 펌프 혹은 기계장치 대안으로 사용되는 이젝터 전체에 적용할 수 있는 기초 자료 제공을 목표로 하였다. 이 목표를 위해 실험만으로 획득할 수 없는 자료를 전산유체역학을 적용하여 분석함으로써 이젝터의 유체역학적 특성에 있어 최적의 설계조건을 제시하였다.
본 논문은 기체-액체 이젝터의 수치해석연구에 초점을 맞추고 있다. 이젝터는 구동유체가 노즐을 통해 고속으로 분출될 때, 구동노즐 출구 주변에 진공압이 형성되어 주변의 기체와 운동량 교환을 통하여 저압의 유체를 보다 높은 압력으로 압축하여 수송하는 장치이다. 기체-액체 이젝터는 상용 소프트웨어 ANSYS-CFX 14.0을 사용하여 다상의 CFD 분석을 통해 연구한다. 구동유체는 물을 사용하여 구동되며, 실제로는 공기가 아닌 오존을 사용하여 배출 된다. 기체-액체 이젝터의 디퓨저의 형상에 따라 성능 차이를 비교한다. 결과 기체-액체 이젝터의 성능에 미치는 다양한 요인을 제공 한다. 그리고 제안 된 수치 모델은 기체-액체 이젝터의의 최적 설계에 매우 도움이 될 것다.
알루미늄 입자들이 함유된 고폭약의 비정상 데토네이션 전파속도에 대하여 수치 해석을 수행하였다. 알루미늄 입자의 점화와 연소는 고폭약에 비해 상대적으로 긴 시간이 요구되기 때문에, 알루미늄 입자연소에 의한 에너지 발산은 고폭약의 데토네이션 후방에서 이루어진다. 이러한 비정상 데토네이션에 대한 수치해석은 기체상과 균일하게 분포된 고체 입자와의 질량, 운동량, 에너지 교환을 다루는 이종매질 이론을 이용한다. 알루미늄 입자가 함유된 고폭약의 데토네이션 전파에 대한 수치 해석은 폭약 HMX에 대하여 수행되었으며, 5~25%의 알루미늄 함량과 0.5, 7, $15{\mu}m$의 알루미늄 입자크기에 대한 수치 해석 결과와 실험 결과를 비교하여 검증하였다.
본 연구에서는 평수위면을 따라 하안림을 조성할 경우 발생할 수 있는 흐름특성의 변화를 검토하기 위하여 FESWMS FST2DH 모형을 이용하였다. FESWMS 모형은 개별 수목에 작용하는 항력을 직접 계산하여 수목으로 인한 흐름저항의 증가를 계산하고, 식재부와 비식재부 영역간의 운동량 교환을 포물선형 난류모형으로 비교적 정확히 해석할 수 있는 수심평균 2차원 수치모형이다. 모형의 적용성 검증을 위하여 홍수터 식재후 횡방향 유속변화 수리실험 결과와 비교하였고, 두 가지 수목밀도의 경우 모두 계산 유속은 실측 유속과 잘 일치하였다. 실제 하천내 수목 식재구역에 적절한 Manning 계수를 적용함으로써 식재후 수위 및 유속변화를 추정하는 기존 방법은 본 연구결과와 비교하여 홍수위 변화는 거의 유사한 결과를 나타내었으나, 식재부 유속 산정에는 다소 차이가 발생함을 확인하였다. 본 연구에서 수행된 수목영향 평가절차는 향후 하천내 수목식재를 계획할 경우 실무적으로 널리 활용될 것으로 기대된다.
많은 기존 연구들에서 수중 환경에 적합한 시각 동기화를 제안하고 있으나 동기화의 정확도에 영향을 미치는 높은 채널접근지연이나 노드 간의 상대적 위치에 대한 고려가 없었다. 또한 양방향 메시지 교환 방식을 사용하는 기존 연구에서는 많은 수의 송수신 및 불필요한 오버히어링이 발생하여 네트워크 수명과 처리량이 감소하는 문제가 있다. 이에 본 연구에서는 수중환경의 특성을 반영한 향상된 시각 동기화 방법을 제안한다. 특히 제안 방법에서는 해수운동과 센서노드가 배치되는 환경의 특성을 활용한 메시지 전송 시점 조절 기법을 소개한다. 또한 채널접근지연이 제거된 타임스탬프를 사용하여 동기화의 정확도를 높인다. 더불어 전원공급 및 교체가 어려운 수중환경에 더욱 적합한 시각 동기화를 위해 제안 방법은 기존 방법보다 적은 수의 송수신으로 시각 동기화를 수행한다. 마지막으로 실험결과를 통해 제안 방법이 비교대상인 TSHL(Time Synchronization for High Latency)과 MU-Sync에 비해 각각 2.5ms, 0.56ms의 시각 동기화 오차를 줄이는 동시에 68.4%의 소비 에너지를 절감하였음을 보인다.
도시철도 지하역사 냉방 기류 및 냉방 효율을 조사하기 위하여 수치해법을 이용하여 해석하고 현장 실험 결과와 비교하여 분석하였다. 해석 대상 역사로는 지하 8층의 깊이 43.6m인 서울 5호선 신금호 역사를 선정하였다. 전체 역사를 해석 영역으로 하였으며, 공조기 모드는 평상시 모드로 고정시켰다. 냉방 공조를 위하여 대합실 천정에 총 94개의 정사각형($0.6m{\times}0.6m$) 환기구를 모델하였으며, 승강장은 총 222개의 환기구가 승강장 천정에 모델되었다. 대합실에서 급기되는 공기는 $47,316m^3/h$, 배기되는 공기량은 $33,980m^3/h$이며, 승강장에서 급기되는 공기는 $33,968m^3/h$, 배기되는 공기량은 $76,190m^3/h$로 현장의 풍량을 반영하였다. 승강장에서 스크린도어(PSD)는 닫힌 경우와 열린 경우 각각을 조사하였다. 총 750만개의 격자가 사용되었으며, 전체 영역을 22개의 다중 블록으로 나누어서 계산하고, MPI를 이용하여 각각의 블록에서 계산된 결과를 교환하였다. LES 기법을 이용하여 운동량 방정식 및 에너지 방정식을 계산하였다.
본 연구에서는 에너지 방정식에 기초하여 정수 식생이 존재하는 자연하도에 적용 가능한 1차원 수치모형을 제시하였다. 수위계산을 위한 마찰경사는 Darcy-Weisbach의 마찰식에 의해 계산되었다. 각 단면의 전체 Darcy-Weisbach 마찰계수는 하상조도높이, 식생, 식생구역과 비식생구역 사이의 전단저항, 그리고 홍수터와 주수로의 경계면 전단저항을 고려하여 산정하였다. 경계면 마찰계수는 Mertens방법과 Nuding방법에 의해 계산되었다. 제시된 모형을 가상하도에 적용하고 HEC-RAS모형 모의결과와 비교, 검증하였고, 식생밀도 등에 대하여 마찰계수의 민감도 분석을 실시하였다. 모형의 적용성검토를 위하여 독일 Enz강 일부구간을 대상으로 수치모의를 실시하고 실측수위와 비교하였다. 식생이 존재하는 Enz강의 실측수위와 계산수위를 비교한 결과 식생의 영향을 거의 받지 않고 주수로에 흐름이 형성되는 저유량의 경우와 식생의 영향을 지배적으로 받는 고유량 흐름 모두에서 합리적인 수위를 예측하여 제시된 모형의 적용 가능성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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