• 해양환경안전학회지
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• 제24권2호
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• pp.275-281
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• 2018

선박용 연료유가 연소하는 과정에서 배출되는 오염물질은 대기오염을 유발하고 인체에 유해한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그에 따라, IMO에서는 선박에서 배출되는 오염물질을 규제하고 있다. 하지만 입자상물질(Particulate matter: PM)에 대한 규제는 아직 논의단계에 있으므로 선제적인 대응이 필요하다. 그러기 위해서는 입자상물질에 대한 기초적인 연구가 필수적이다. 이번 연구에서는 해상용 연료유에서 발생하는 입자상물질의 기초 데이터 구축을 위해 선박 디젤 엔진에 사용되는 연료유의 무차원 광소멸계수($K_e$)를 계측하여 분석하였다. 특성 비교를 위해 육상 디젤 엔진에 사용되는 연료유를 같은 방법으로 측정하였다. 두 연료유는 황함유량과 밀도에서 차이가 난다. 무차원 광소멸계수($K_e$)는 633 nm의 레이저를 이용하여 광학적인 방법으로 측정하고 중력식 필터법에 의해 채집된 입자상물질의 체적분율을 이용하여 결정하였다. 선박용 연료유에서 배출되는 입자상물질의 무차원 광소멸계수($K_e$)는 8.28이고, 육상용 연료유는 8.44이다. 두 연료유의 무차원 광소멸계수($K_e$)는 측정 불확도 범위내에서 거의 유사하였다. 하지만 Rayleigh limit 해법에서 구한 값과의 비교를 통해 광산란 비중이 클 수 있는 부분과 광투과율과 채집질량과의 관계를 통해 광소멸 특성이 상이할 수 있음을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.217.1-217.1
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• 2014

반도체 및 디스플레이 산업은 많은 공정들에서 저온 플라즈마 반응을 이용한다. 특히 소자 제작을 위한 실리콘 박막의 증착은 저온 플라즈마 공정의 주요 공정이다. 하지만 실리콘 박막을 합성하는데 있어서 저온 플라즈마에서 형성되는 실리콘 나노 입자는, 오염입자로써 박막의 특성을 악화시켜 소자생산 수율을 악화시키는 주요 원인이 되고 있다. 따라서 플라즈마에서 입자 형성의 원인이 되는 화학반응 및 입자들의 성장 매커니즘에 대한 연구는, 1980년대 플라즈마 공정에서 입자 합성이 보고된 이래 공정의 최적화를 위해 꾸준히 연구되어왔다. 이러한 매커니즘의 연구들은, 플라즈마 화학반응에 의해 실리콘 입자 핵을 만들어 내는 과정과 입자들이 충돌에 의해 성장해가는 과정으로 나눠진다. 플라즈마 화학 반응 과정은 아레니우스 방정식에 의해 정의된 반응계수를 이용하여 플라즈마 내 전자와 이온, 중성 화학종들이 전자 온도와 전자 밀도, 챔버 온도 등에 의해 결정되는 현상을 모사한다. 또한 이 과정에서 실리콘을 포함하는 화학종들의 반응에 의해 핵이 생성 되가는 양상을 모사한다. 생성된 핵은 충돌에 의해 입자가 성장해 가는 과정의 가장 작은 입자로써 이용된다. 입자들이 성장해가는 과정은 입자들이 서로 충돌하면서 다양한 입경의 입자로 분화되어가는 현상을 모사한다. 이 과정에 의해 다양한 입경분포로 분화된 입자들은 플라즈마 내 전자에 의해 하전되며, 이러한 하전 양상은 입경에 따라 다른 분포를 보인다. 본 연구에서는 입자의 하전 분포를 고려하여, 입자들의 성장의 주요 원인인 입자간의 충돌을 대표하는 충돌주파수를 수정하는 방식을 채택하여 보다 정밀한 입자 성장 양상을 모델링하였다. Inductively coupled plasma (ICP) 타입의 저온 플라즈마 반응기에서 합성된 입자들을 Particle Beam Mass Spectrometer (PBMS)와 Scanning Electron Microscope (SEM)를 이용하여 입경분포를 측정한 데이터와 모델링에 의해 계산된 결과를 비교하여 본 모델의 유효성을 검증하였다. 검증을 위해 100~300 mtorr의 챔버 압력 조건과 100~350 W의 입력 전력 조건들을 달리하며 측정한 결과와 계산한 데이터를 조건별로 비교하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권11호
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• pp.861-869
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• 2015

본 연구에서는 서로 다른 항력 모델이 원추형 유동층 연소기 내의 수력학적 특성과 열전달 현상에 미치는 영향에 대해, 입자상 유동에 대한 분자운동론을 적용한 오일러-오일러 모델을 사용하여 수치 해석적으로 연구하였다. Gidaspow 항력 모델과 Syamlal-O'Brien 항력 모델에 대해 유입 공기의 속도와 입자의 크기를 변화시키면서 연소기 내의 압력강하나 베드 팽창률 및 벽과 베드 사이의 열전달 계수의 변화를 조사하였다. 그 결과 베드의 팽창률은 속도가 증가함에 따라 커졌으며 압력강하는 속도의 증가에 따라 감소하였다. 벽과 베드 사이의 열전달 계수는 유입 속도가 증가하면 증가하고 입자의 크기가 증가하면 감소하는 것으로 나타났다. 베드의 팽창률이나 압력 강하와 같은 수력학적 특성은 항력 모델에 큰 영향을 받지 않았으나 열전달 계수는 항력 모델에 따라 차이가 나타났다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
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• pp.26.2-26.2
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• 2010

최근에는 차세대 조명용 후보광원인 고출력 백색 LED를 개발하기 위한 경쟁이 치열하며, 이를 위해 업체가 고심하고 있는 가장 큰 문제 중의 하나가 칩에서 발생하는 열을 어떻게 관리하는가 하는 방열의 문제이다. 따라서, LED의 가장 큰 특징인 장수명을 손해보지 않기 위해서는 칩에서 발생되고 있는 열을 외부에 확산시키기 위한 기술 개발이 필수적이다. 다양한 방열소재 중 W-Cu 복합재는 W의 낮은 열팽창계수와 Cu의 높은 열전도도로 인해 방열소재로써 유망한 소재로 주목받고 있으나, 우수한 열적 특성을 발현하기 위해서는 고치밀화를 갖는 W-Cu 복합재 제조가 우선적으로 필요하다. W-Cu 복합체는 일반적으로 액상소결법을 통해 균일한 미세조직을 얻을 수 있으나, 열팽창계수를 낮추기 위해 Cu 함량이 적어지게 되면 치밀화가 어려우며 이를 해결하기 위해 나노입자를 갖는 분말을 이용하고자 하는 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 W과 Cu 산화물을 이용하는 것이 구성성분끼리의 편석이 발생하지 않으며, 소결성도 우수하여 양산화에 가장 접근한 방법으로 알려져 있다. 그러나, 지금까지의 얻어진 W-Cu 복합체의 경우, 분말상태에서의 얻어진 나노입자가 승온시에 마이크로 크기로 과도한 입자성장이 일어나기 때문에 소결 후에도 나노크기를 유지하기 어려울 뿐만 아니라, 구성상끼리의 응집체가 형성된다. 본 연구에서는 액상소결후에 W 입자가 Cu 기지내에 균일하게 분산되는 동시에 나노크기의 입자를 가지는 고분산 W-Cu 소결체를 얻고자 하였다. 이를 위해 금속산화물 분말의 분쇄를 위해 효과적인 방법으로 알려진 습식상태에서의 고에너지 볼밀링을 통하여 혼합된 텅스텐과 구리 산화물 분말의 수소환원공정을 통해 얻어진 100nm 이하의 입자를 가지는 W-20wt%Cu 나노복합분말을 출발분말로 사용하였다. W-20wt%Cu 나노복합분말의 성형체를 $1050^{\circ}C-1250^{\circ}C$의 온도범위에서 소결거동을 조사하였다. 그 결과, $1100^{\circ}C$ 온도에서 이론밀도에 가까운 소결밀도를 나타내었으며, 이는 기존에 비해 $100^{\circ}C$ 정도 치밀화 온도를 낮추는 결과이다. 소결체의 미세구조 관찰결과, 소결 후 약 200nm의 텅스텐 입자가 Cu내에 균일하게 분산되어 있었다. 제조된 W-Cu 시편에 대해서는 LED 응용성을 조사하기 위해 열전도도와 열팽창계수 등을 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.169-169
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• 2015

유사 입자의 크기는 유사의 특성 및 그에 따른 거동 변화에 중요한 영향을 미친다. Stokes 침강 속도 모형에서 유사의 침강 속도에 가장 많은 영향을 주는 인자는 유사의 크기인 것 또한 확인된다. 유사 입자의 크기가 약 $60{\mu}m$보다 작은 유사들은 알갱이 사이의 점착력을 무시할 수 없다. 이로 인해 유사들은 응집 현상을 겪으며 입자 본래의 크기보다 크기가 큰 플럭을 형성하는 점착성 유사로 분류된다. 응집 현상이란, 흐름 내 점착성을 띠는 일차입자(Primary Particle)가 응집과 파괴를 반복하며 플럭을 형성하는 현상을 뜻한다. 입자 간의 충돌을 통해 응집이 진행되며 난류 전단으로 인해 형성된 플럭의 파괴가 발생한다. 많은 연구에서 점착성 유사의 충돌을 야기하는 가장 지배적인 원리는 난류라 알려져 있다. 이러한 응집 현상으로 인하여 플럭의 크기와 밀도는 지속적으로 변화를 겪으며 비점착성 유사와 다른 특징들을 보인다. 흐름에 존재하는 유사의 이동은 이송-확산 방정식을 통해 표현된다. 이송-확산 방정식은 시간 변화에 따른 농도의 변화를 입자의 침강과 난류 및 유사 자체의 특징에 의한 확산으로 해석한다. 침강속도로 대변되는 이송과 달리, 확산은 난류흐름 내에서 유사가 확산되는 정도를 정량화하기 위한 인자가 요구된다. 난류에 의한 유사의 확산은 유사 자체 특성에 따른 물질 확산에 비하여 매우 큰 값을 가지며, 이를 확산 계수로 개념화 한다. 확산계수는 와점성계수와 Schmidt 수(${\sigma}_c$)의 비로 정의된다. ${\sigma}_c$는 난류의 점성과 난류로 인한 부유과정에 의해 유사가 확산되는 정도를 나타낸다. 이에 따라 ${\sigma}_c$의 변화가 유사의 부유 및 침강거동에 많은 영향을 미칠 것이라 판단되나, 국내외에서 수행된 연구 동향에서는 ${\sigma}_c$를 0.5부터 1.0 사이의 상수를 적용하여 수행되었다. 이에 본 연구에서는 ${\sigma}_c$의 크기에 따라 달라지는 유사의 부유 및 침강 변화에 의한 총 부유량을 살펴보고자 한다. 유사의 점착성을 고려할 수 있는 1DV 수치 모형을 이용하여 비점착성 유사와 점착성 유사를 대상으로 수치연구를 수행하며, 유사의 크기 및 ${\sigma}_c$의 변화에 따른 총 부유량 경향을 살펴본다. 그 결과, 점착성 유사는 ${\sigma}_c$의 증가에 따라서 유사의 총 부유량이 증가하는 현상이 나타난 반면 비점착성 유사는 ${\sigma}_c$의 증가에 따라 유사의 총 부유량이 감소하는 경향이 나타났다. 그러나 크기가 아주 작은 비점착성 유사를 대상으로 수치 연구를 수행한 결과, ??에 따른 총 부유량의 경향은 유사의 점착성에서 기인하는 것이 아닌 입자의 크기로부터 야기되는 특성이라는 결론이 도출되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.413-418
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• 2006

본 연구는 자갈하상을 갖는 하천에 대해 조도계수를 산정하고자 하상에 분포하는 입자에 작용하는 전단응력을 이용하여 등가조도를 산정하고 대상유량에 대해 수위를 산정할 수 있는 모형을 개발하였다. 개발된 모형의 적용성은 섬진강 하류부의 구례수위표와 송정수위표 구간에 대해 적용하였다. 그 결과 구례수위표지점에서 등가조도는 0.088m로 산정되었고, 이를 이용하여 Wark(1990)가 제시한 단위유량에 대한 연속방정식과 운동량방정식을 결합한 간단한 모형을 이용하여 각각의 대상유량에 대해 수위를 산정하였으며, 그 결과 6%이내의 오차를 보였다. 그리고 대상유량에 대해 계산된 수위를 이용한 부등류 해석을 실시하여 조도계수를 각각의 유량에 대해 산정하였다. 그 결과 관측된 수위와 계산된 수위에 의해 산정된 조도계수의 오차가 $0{\sim}0.002(6%)$의 오차를 보였고, 유량별로 조도계수를 산정할 수 있어 조도계수의 가변성도 고려할 수 있었다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집D
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• pp.104-109
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• 2001

The time to measure the size distribution using Condensation Nuclei Counter(CNC) and Differential Mobility Analyzer(DMA) can be shortened by classifying particles ramping the DMA voltage exponentially and continuously. In measurement, particles sampled at different time are mixed together going through sampling tube and CNC. Because the size distribution is inversed by using detector responses to sampling time intervals in this accelerated method, the mixing effects give inversion errors to the size distribution. The mixing effects can be considered by appling the transfer function with mixing effects to the data inversion. The inversion considering this effects gives birth to the size distribution shifted to the opposite direction of the size scanning.

• 한국대기환경학회:학술대회논문집
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• 한국대기환경학회 2002년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.263-264
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• 2002

대기오염물질 배출계수는 국가기환, 연구기관, 학계, 배출사업장, 방지시설 업체 등 수많은 분야에서 실질적으로 활용하고 있는 자료로서 배출원에 대한 배출특성을 직ㆍ간접적으로 파악할 수 있는 대표적 자료이다. 이는 대기오염 방지시설 및 설비의 설계, 오염물질 저감 계획의 수립 등 실질적인 대기 관리정책의 수립과 평가에 필수적으로 이용되고 있다. 그러나, 현재까지의 국내 대기오염 배출원에 대한 배출계수의 개발은 매우 저조한 상태로 미국 및 선진국의 배출계수를 그대로 사용하고 있는 실정이다. (중략)

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권3호
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• pp.21-26
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• 2016

주문진 표준사와 사우디 아라비아의 Ras Al Khair 사질토 입자의 형상에 대한 분석을 실시하였다. 광학현미경을 사용하여 200배 확대하여 해상도 $640{\times}320$으로 디지털 이미지를 촬영하였다. 사질토 입자의 디지털 이미지를 영상 처리를 통해 입자 경계면의 좌표를 추출하였다. 추출한 입자의 경계면 좌표를 복소 평면에 도시하고, 극형식으로 변환 후 퓨리에 변환을 실시하였다. 퓨리에 변환을 통해 추출된 각각의 계수 값들은 입자 형상의 특징을 반영하며, 좌표의 기준점 이동에 대해 불변하는 값으로 사질토 입자의 이미지에 대해 좌표의 기준점과 회전등에 관계없이 항상 같은 값을 갖게 되어 입자의 형상 분석에 적합하다. 각각의 계수 값을 입자의 등가 반경으로 정규화하여 퓨리에 기술자를 추출하여 입자의 형상을 정량적으로 분석하였다. -3에서 +3의 범위에 해당되는 주요 퓨리에 기술자들을 분석한 결과 주문진 표준사 입자의 경우 신장(elongation)이 가장 두드러진 형상의 특징이었으며 그다음으로는 비대칭성(asymmetry)이 두드러진 특징이었다. Ras Al Khair 사질토의 형상도 주문진 표준사와 같은 형상 특징을 나타냈다. 또한 퓨리에 기술자 분석 결과 작은 구조가 전체 구조와 비슷한 형태로 되풀이되는 프랙탈의 미세구조 특성이 나타나는 것으로 판단되었다. 해상도 $640{\times}320$과 해상도 $160{\times}80$의 주문진 표준사의 디지털 이미지를 비교한 결과 -3에서 +3에 해당되는 주요 퓨리에 기술자에 대해서는 해상도가 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으나 텍스쳐 분석에는 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1998년도 제10회 학술강연회논문집
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• pp.10-10
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• 1998

본 연구에서는 제트 추진 기관의 터빈 익렬에서의 유동과 대기 중에 부유되어 있는 입자 또는 연소 생성물들이 제트엔진 내부로 유입될 경우 이에 따른 압축기 및 터빈 날개의 마모 및 충돌 부위를 예측하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 일반적으로 각종 항공기의 추진 기관용 가스 터빈 엔진은 대기중에 부유되어 있는 각종 입자들의 영향을 받게 된다. 특히, 확산 지역을 통과하는 항공기나 먼지 입자 부유물이 많은 공업지대 또는 사막지역을 비행하는 항공기의 경우는 모래 알갱이, 먼지 및 연소 입자의 직접적인 영향을 받아 각 요소들에 심각한 부식 및 마모가 발생됨으로써 성능 저하 및 냉각 통로의 막힘, 압축기와 터빈 날개의 손상 등이 예측되어진다. 특히 항공기용 추진 기관은 엔진 입구에 유입 공기를 정화하기 위한 여과장치의 설치가 불가능하며, 자동차용 가스터빈 엔진의 경우는 여과 장치를 부착하여도 미세한 입자들이 여과 장치에 여과되지 않고 엔진 내부로 침투하게 되므로 치명적인 손상이 예상된다. 이러한 손상들은 초기에는 미세하게 발생하지만, 손상 정도가 점점 누적됨에 따라서 항공기의 안전 운전에 심각한 위험 요소로서 작용할 수 있으며, 경제적으로도 기관의 유지 보수비용의 증가를 가져올 수 있다. 따라서 압축기에 화산재 또는 대기중에 부유되어 있는 금속 입자나 먼지입자 등이 유입되었을 경우, 압축기 날개의 손상 부위와 정도를 예측하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Lagangian방법을 적용하여 압축기 날개위의 부유 입자 충돌 부위를 예측하고, 설계 시 이를 보완할 수 있는 기준을 제시하였다. 아울러 설계 입구각과 크게 벗어난 유동의 유입시에 발생되는 박리 현상과 이에 따른 입자의 유동 및 날개의 입자 접착 부위를 예측하였다. 본 연구에서는 여러 크기의 입자(다양한 Stokes 수)들을 주어진 속도에서 유선을 따라 압축기 입구에서 압축기 유로로 여러 위치에서 부유 시켜서 그 입자들의 궤적 및 충돌, 점착 위지를 고찰하고, 정량적인 충돌량을 해석하기 위하여 입자 충돌 계수를 정의하여 압축기 날개 표면의 충돌특성을 알아보았다. 이러한 예측을 통하여 압축기 날개 표면의 충돌 부위를 예측하고, 날개의 표면을 코팅하는 등 보호 개선책을 제시할 수 있고, 연소의 반응물 입자가 터빈 날개에 충돌하여 발생되는 날개 표면의 파손, 냉각 홀의 막임, 연소 입자의 점착 부위 등을 예측하여 보완책을 준비할 수 있도록 하였다.