• Nuclear Engineering and Technology
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• 제27권2호
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• pp.176-188
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• 1995

지하처분된 방사성핵종의 이동 해석방식으로서 입자추적법을 도입하였다. 입자추적법은 암반균열대와 같은 흐름장이 불균일하고 복잡할 때 물질이동을 모사할 수 있는 방법이다. 암반층에서 방사성핵종은 주로 암반사이에 발달한 균열을 따라 이동하는데, 초기연구자들은 균열틈을 평행판 사이의 간격으로 가정하였으나, 실제 균열은 이보다 복잡다양해서 실제 물질 이동과는 상당한 오차가 존재하였다. 이 논문에서는 이를 극복하기 위해 가변균열폭 국부통로모형을 도입하여, 균열대 내부는 2차원적인 균열폭의 분포를 가지며, 핵종은 균열내에서 상대적으로 큰 균열폭을 따라 이동이 주로 일어나는 국부이동이 라는 점을 제시하였다. 또한 개발한 이동모델의 타당성 입증차원에서 자연균열을 가진 화강암을 사용하여 방사성 핵종 이동 실험을 수행하였다. 추적자로서 지하수와 같은 이동특성을 가진 삼중수소와 요오드를 사용하였다. 화강암 균열대 특성을 파악하기 위해 균열이 있는 윗 암석면에 11개의 시추공을뚫고 수리전도 시험을 수행하였다. 실험자료와 전산모사치를 비교해 본 결과, 가변균열폭국부통로 개념에 물질이동모델로 입자추적법을 결합한 모델이 암반균열에서 핵종이동 해석방법으로 유용하였다. 또한 핵종은 균열 내에서 상대 적으로 큰 국부통로를 따라 주로 이동하며, 이동방향과 직각인 암반매질내로 확산도 상당한 비율로 일어났다.

• 한국습지학회지
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• 제20권3호
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• pp.263-271
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• 2018

생활 하수 및 농축산 폐수를 통한 하천으로의 다량의 질소와 인의 유입은 부영양화를 초래하여 하천 자정작용에 악영향을 끼친다. 본 연구에서는 컬럼 실험을 통한 흡착제(활성탄, 제올라이트, 여과사)의 여재층 높이에 따른 암모니아성 질소, 인산염 제거특성을 분석하고, 밀도범함수이론(density functional theory, DFT)를 바탕으로 한 양자역학적 전산 모사를 통해 흡착제와 암모니아성질소($NH_4{^{+}}$)와 인산염($PO_4{^{3-}}$)에 대한 화학적 흡착 거동을 분석하였다. 컬럼 실험 결과, 암모니아성 질소에 대한 제거효율은 제올라이트(95.1%)>활성탄(65.8%)>여과사(10.7%), 인산염의 제거효율은 활성탄(99.6%)>제올라이트(18.8%)>여과사(10.9%) 순으로 나타났다. 제올라이트의 경우, 여재층의 높이에 관계없이 90%이상의 암모니아성 질소에 대한 높은 흡착력을 가졌고, 활성탄의 경우 여재층의 높이가 증가할수록 인과 질소에 대한 높은 흡착효율을 가졌다. DFT를 이용한 흡착제(산화 알루미늄, 활성탄, 여과사)와 영양염류($PO_4{^{3-}}$, $NH_4{^{+}}$)에 대한 흡착거동 분석결과, 제올라이트는 암모니아성 질소($NH_4{^{+}}$)에 대한 높은 흡착에너지(-6.43 eV)를 가졌다. 활성탄의 경우 여과사보다 좁은 HOMO-LUMO 밴드갭을 가져, 전자 이동에 유리한 환경을 조성하여 높은 흡착에너지(-7.10eV)로 영양염류가 제거되는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국광학회지
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• 제30권5호
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• pp.193-196
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• 2019

고출력 레이저 다이오드 광원의 안정적 구동을 위한 방열 관리는 필수적이며, 발열부인 활성층 근처의 열흐름에 있어 병목이 심하므로 그 부분의 열저항을 분석하고 설계에 적용하여 개선하는 것이 매우 중요하다. 띠형 발열구조를 갖는 레이저 다이오드 광원은 열전달층 두께에 따라 열저항이 지수함수적으로 급격하게 증가하다가 점점 선형적으로 포화되므로 열저항을 분석함에 있어서 오차가 큰 어려움이 있으며, 보다 정확한 열저항 모델링이 필요하여 수정된 두께의존성 모델함수를 제안하고 그 정확성을 검증하였다. 또한, 전산모사로 얻어낸 열저항의 변화경향성을 미분하여 열전달-단면적의 변화를 구하여 열병목 부위가 직관적으로 파악되게 하였고, 제안하는 모델함수의 열전달-단면적 결과와도 비교하여 분석모델의 예측 정확성을 부연 확인하였다. 고열전도 보조층을 활용하여 열저항이 개선된 구조에 대하여도 그 열전달-단면적 변화경향과 열저항 개선효과를 높은 정확도로 분석한 결과를 소개한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.1-7
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• 2018

마이크로칼럼에서는 전자빔을 스캔하기 위해 초소형화된 정전디플렉터를 사용하는 경우가 많다. 주로 두 개의 8중극 디플렉터(double octupole deflector)를 사용하는 경우가 많은데, 이는 스캔 영역을 넓게 하면서도 전자빔이 대물렌즈를 통과할 때에 광축 근처에 위치하도록 함으로써 수차를 작게 유지할 수 있는 장점이 있기 때문이다. 마이크로칼럼은 최종적으로는 멀티 칼럼 형태로 사용하여 전자빔 장비의 throughput을 높이고자 하는 목적으로 연구가 되고 있는데, 칼럼의 수가 많아지게 되면 각 부품에 연결되는 배선의 수도 함께 증가하게 된다. 이에 따라 정전렌즈, 디플렉터 등의 마이크로칼럼 부품 배선을 진공 챔버 밖에 있는 제어장비와 연결하는 과정에서 실질적인 문제에 봉착하게 된다. 이러한 문제를 완화하기 위하여 렌즈 수를 최소화할 수 있도록 대물렌즈를 제거한 마이크로칼럼 구조를 선택하여, 변형된 4중극 및 8중극 디플렉터의 동작을 전산모사 방법으로 연구하였다. 기본적으로 MEMS 공정을 적용하기 용이한 실리콘 디플렉터 구조에서 각 전극의 크기를 동일하게 하지 않고, 서로 다른 크기의 전극을 교대로 배치하도록 디자인하였다. 8중극과 4중극 디플렉터 각각에서 디플렉터 전압을 인가하는 구동전극의 크기에 변화를 주었을 때 스캔 영역과 디플렉터 중심점에서의 전기장의 변화를 조사하여 비교하였다. 스캔 영역은 디플렉터전압에 따라 선형적으로 비례하였다. 스캔영역과 중심점에서의 전기장 세기 모두 8중극 디플렉터에 비해 4중극 디플렉터에서 더 크게 나타났으며, 전극의 크기에 따라 약 1.3 ~ 2.0 배 큰 것으로 조사되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권3호
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• pp.638-644
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• 2019

본 연구에서는 전산유체역학 해석을 이용하여 알루미늄 피라미드 트러스 심재 샌드위치의 열유동 특성을 분석하였다. 규칙적 다공질 금속인 피라미드 트러스 코어를 샌드위치 구조물에 채용할 경우 공기 매질이 자유롭게 유입, 유출될 수 있는 개방형 코어인 점을 고려하여 하중을 지지할 수 있는 구조성능과 함께 방열체로서 다기능성을 구현할 수 있는 구조가 된다. 따라서, 유입되는 공기의 속도변화, 설계변수인 트러스각에 따른 압력강하와 열전달 메카니즘을 확인하기 위해 ANSYS/Fluent를 이용하여 수치해석을 실시하였다. 해석모델에 사용된 샌드위치 패널은 알루미늄으로 이루어져 있으며, 샌드위치 패널의 위 면재와 아래 면재 사이에는 15개의 피라미드 트러스 유닛셀이 반복되고 있다. 폭 방향으로는 무한히 넓은 유닛셀을 모사하기 위해 대칭조건을 지정하였으며, 입구에는 균일한 속도분포를 경계조건으로 입력하였다. 해석결과 입구부와 첫 유닛셀까지의 구간에서 입구영향이 관찰되었으며, 입구영향을 배제하고 마찰계수와 누셀수를 분석하였다. 공기의 속도가 증가할수록 마찰계수는 감소하였으며, 누셀수는 증가하는 경향을 보인다. 한편, V=1m/s에서 5m/s에서의 마찰계수와 누셀수 변화가 확연하였으며, 이는 층류에서 난류로 유동패턴이 변하기 때문에 거시적으로 열전도보다 대류열전달의 비중이 커졌기 때문이다. 또한, 설계변수인 트러스각에 대해서는 의미가 있을 정도의 마찰계수와 누셀수의 변화는 관찰되지 않았다. 따라서, 트러스각이 강도, 강성 등 구조성능에 민감한 점을 감안하면 다기능성을 염두에 둔 알루미늄 피라미드트러스 심재 설계 시 설계변수의 변화는 구조성능에 더 민감할 것으로 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권2호
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• pp.109-119
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• 2019

국내의 많은 저수심 저수지들은 다양한 수질오염물질의 유입으로 인해 부영양화가 진행되고 있으며, 해마다 반복적으로 표층의 녹조 발생과 저층의 빈산소화를 겪고 있다. 이를 방지하기 위한 대책으로 저수지의 성층현상을 완화하는 기존 기술들이 있으나 대부분 동력이 필요하며 비경제적인 측면으로 인해 도입이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 바람과 수류의 자연에너지를 활용하는 무동력 수류순환시스템을 개발하고 상이한 조건을 갖는 두 저수지를 대상으로 테스트베드를 구축, 운영하여 현장적용성을 검토하였다. 수류순환시스템을 모사한 전산유체역학 (CFD) 모의 결과, 하향류가 유도되어 표층과 심층 사이의 성층현상을 완화시키고, 영향반경은 약 30 m에 달하는 것으로 해석되었다. 테스트베드에 대한 장기 모니터링 결과, 수류순환 작용에 의해 DO의 변동을 완만하게 하고, DO 과포화 현상을 저감하며, pH의 과도한 상승을 방지하는 등 다양한 수질개선 효과가 관찰되었다. 본 수류순환시스템의 현장적용성을 제고하기 위해서는 홍수시 및 저수심 조건에 대한 대응방안 마련이 필요한 것으로 판단된다.

• 한국광학회지
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• 제31권6호
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• pp.274-280
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• 2020

본 논문에서는 결맞음 빔결합 방식을 이용한 원거리 광학 에너지 전달 방법에 있어서 대기 외란의 영향을 위상판 모델을 사용하여 수치해석하고 분석한다. 결맞음 빔결합 방식은 3채널로 구성하고, 전송 거리는 1~2 km, 각 채널별 위상 및 조사 방향은 적절한 방식으로 보정된 것으로 가정하며, 각 채널 빔들이 자유공간을 진행할 때 발생하는 대기 외란 영향은 위상판 모델로 정량화한다. 위상판은 구조상수 Cn2 값의 변동 범위 10-15에서 10-13 [m-2/3] 내에서 통계적으로 생성하여 구성한다. 특별히, 본 논의에서는 대기 요동의 강도가 최종 빔결합 효율에 미치는 영향을 분석하기 위해 위상판 모델의 구조 상수를 변화시켜가며 해당 목표 지점에서 3채널 결맞음 빔결합 방식을 통해 전송된 빔의 결합 형태, 왜곡 정도 및 빔결합 효율을 계산한다. 본 수치 모델을 통해 분석한 결과, 상기 주어진 대기 요동 조건하에서도 원거리 광학 에너지 전송에 결맞음 빔결합 방식을 사용할 경우, 수신부 유효 도달 전력을 비결맞음 빔결합 방식 대비 최소 3배 이상 확보할 수 있음을 확인할 수 있다. 본 수치 모델은, 원거리 광학 에너지 전송을 전산모사함에 있어서 다양한 형태의 대기 외란의 영향 및 빔결합 방식을 분석하는데 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국광학회지
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• 제31권6호
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• pp.247-258
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• 2020

본 논문에서는 대기외란에 따른 SPGD 위상제어 알고리즘 기반 결맞음 빔결합 시스템의 위상제어 동작성능을 논의한다. 대기의 외란에 대한 통계적 이론을 바탕으로 전산모사를 통해 대기외란에 의한 레이저빔의 위상 및 파면 왜곡에 대한 분석과 왜곡된 빔을 통해 얻게 되는 7채널 및 19채널 결맞음 빔결합 결과를 도출하고, 이를 통해 대기외란의 정도에 따른 빔결합 시스템의 위상제어 동작성능 및 효율을 수치적으로 비교분석한다. 분석 결과, 7채널 결맞음 빔결합의 경우, 대기외란 파라미터 cn2 값이 10-13 m-2/3 까지 증가한 상황에서도 SPGD 위상제어 알고리즘을 적절히 적용할 경우 90% 이상의 빔결합 효율로 시스템의 위상 잠금이 가능하다는 것을 확인하였다. 19채널 결맞음 빔결합의 경우, 동일한 대기외란 조건에서도 대기의 굴절률 비균질성(refractive index inhomogeneity)의 영향이 더 커서 빔결합 효율이 60% 수준으로 급격하게 감소할 수 있음을 확인하였다. 또한, 대기외란이 있는 상황에서 위상잠금시점까지 요구되는 알고리즘의 반복연산 횟수와 대기현상의 변화간격을 비교분석함으로써, 다채널 결맞음 빔결합 시스템이 ㎲의 간격을 가지는 대기외란 상황에서도 정상동작을 하기 위해서는 SPGD 위상제어 알고리즘의 연산대역폭이 수백 MHz에서 수 GHz까지 확장되어야 한다는 것을 확인하였다. 향후, 대기외란이 SPGD 위상제어 알고리즘 기반 결맞음 빔결합 시스템의 위상제어 동작성능에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고 예측하는 데 있어서 본 논문의 결과가 유용하게 활용될 수 있을 것이라 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.623-646
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• 2021

국내외적으로 전기화의 가속으로 인해 전력수요가 급증됨에 따라, 석탄화력발전소의 수요가 늘어나고 있다. 석탄화력발전소는 경제적으로 많은 이점이 있지만, 대기오염물질 증가, 발전회의 매립 처분에 의한 오염 유발 가능성 등의 환경적인 문제를 수반하고 있다. 특히, 발전부산물인 발전회의 경우에는 재활용률이 70%에 그치고 있으며, 나머지는 전량 매립되고 있다. 본 연구에서는 발전회의 재활용률을 증대시키고 지하에 위치하는 폐광산의 지반 안정성을 확보하기 위하여, 발전회를 폐광산 채움재로 이용하여 지하 폐광산의 채굴 공동을 충전하는 방안에 대한 기초연구를 수행하였다. 암반과 폐광산 채움재의 접합부에서 상호작용에 의한 충전 및 지반보강 효과를 분석하기 위하여, 다양한 거칠기를 갖는 절리면 모사 시료를 제작하여 접합강도 시험과 직접 전단시험을 수행하고 이에 대한 통계분석을 수행하여 절리면의 거칠기와 재령일에 따른 접합 및 전단거동 특성을 규명하였다. 또한 접합부 거동특성이 전산해석 기법을 이용한 지반안정성 분석에 미치는 영향을 검토하기 위하여 지하광산을 모델링하고 접합부 유무에 따른 거동특성을 비교하였다.

• 청정기술
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• 제28권3호
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• pp.249-257
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• 2022

Grand canonical Monte Carlo 전산모사 방법에 의하여 77.16 K에서 국부분자배향 모델을 가지는 나노 기공 탄소 흡착제에 대한 질소의 평형 흡착량을 계산하였다. 국부분자배향 모델은 일정한 공간을 가지는 규칙적인 격자에 동일한 크기를 배열하였다. 국부분자배향 영역의 연속적인 평면의 직교(out-of-plane)의 제거에 의해 미세기공을 도입하였고, 기본구조단위의 기울임을 통해 기울어진 기공을 도입하였다. 이런 기공 구조는 틈새형 기공 구조보다 나노기공을 가지는 탄소계 흡착제의 흡착 연구에 보다 현실적인 모델이 된다. 또한 이들 기공 구조에 대해 기공도, 표면적 그리고 제한된 비선형 최적화 기법을 활용하여 기공크기분포에 구하였다. 또한 참고 자료로써 틈새형 기공에서의 등온 평형흡착량도 계산하였다. 틈새형 기공에서는 질소분자의 5배 이상의 기공에서 hysteresis 루프가 관찰되었고, 모세관 응축과 응축의 역과정인 증발이 한 압력에서 한 번에 일어났다. 국부분자배향 기공모델에서는 질소분자의 크기의 6배 큰 기공에서 기저 슬립면, armchair 슬립면 그리고 상호연결된 채널에서 각각 세 가지 연속적인 응축이 관찰되었다. 탈착 과정의 hysteresis 루프에서는 단일 또는 두 압력에서 응축의 반대인 증발이 관찰되었다.