수문 순환 및 물 수지에 관한 연구는 강수량, 지표유출량, 지하수, 토양수분 및 증발산량에 대한 정량화가 이루어질 때 실제적으로 규명될 수 있다. 그러나, 수문 순환 및 물수지 평가에 중요한 부분을 차지하는 증발산량의 경우 관측값보다 단순한 가정이나 경험식에 의한 추정값을 사용하고 있어 그 자료의 신뢰성에 대해서도 꾸준히 문제가 제기되어 왔다. 따라서, 수문 순환 및 물수지의 정량적인 분석을 위해서는 수문 순환 과정에서 상당부분을 차지하는 증발산량의 측정(실측)이 필요한 실정이다. 본 연구는 환경부의 기초수문자료 구축사업의 일환으로 수행되고 있으며, 에디공분산 기술을 사용하여 증발산량을 직접 관측하고 있다. 에디공분산 방법으로 증발산량을 측정하기 위해서 필요한 장비 중 수증기 농도를 측정하는 장비(개회로 기체분석기, 폐회로 기체분석기<수증기 농도를 측정하는 부분의 개폐여부에 따른 장비 구분>)에 대해 비교 측정을 수행하였으며, 관측 지점은 인위적인 관개가 이루어지고 있는 논경지(청미천 관측소)에서 수행하였다. 측정 자료에 대한 검토는 측정 장비에 따른 자료의 특성을 비교하기 위해 약 13,000개(9개월, 30분 간격) 자료를 활용하여 분석을 수행하였다. 그 결과 두 측정장비 모두 농도 변화에 따른 경향성은 유사하게 나타났으나, 측정 자료의 취득률에서는 차이(약 20%)를 보이는데, 이는 개회로 측정 장비의 경우 강우 및 안개 등의 기상상황에 따라 영향을 받기 때문으로 판단된다. 에디공분산 방법을 이용한 증발산량은 여러 기상자료를 이용하여 보정을 수행하기 때문에 측정 장비의 취득률로 인한 증발산량 산정에는 문제가 되지 않을 것으로 판단된다. 단 높은 관측률 및 측정 자료를 위해서는 폐회로 측정 장비를 이용하는 것이 유리할 것으로 판단된다.
마이크로채널 열교환기에서 R-134a의 증발열전달 특성에 관하여 실험적 연구를 수행하였다. 마이크로채널은 금속박판인 SUS304에 포토에칭 공정으로 식각되었으며, 13개의 금속박판은 차례로 적층되어 확산접합공정을 통하여 접합되었다. 본 연구에서는 R-134a의 증발온도, 질량유속 그리고 물의 입구온도의 변화에 따른 열전달 특성을 대향류 조건에서 실험하였다. 실험결과 R-134a와 물의 입구온도차가 클수록 증발열전달량은 증가하였으며, 증발열전달계수는 0.67 kW/$m^2{\cdot}^{\circ}C$에서 6.23 kW/$m^2{\cdot}^{\circ}C$이었다. 아울러 마이크로채널 열교환기에서 R-134a와 물의 열교환에 따른 증발열전달 특성에 영향을 미치는 Reynold수와 무차원 온도비 $\Theta$를 도출하여 Nusselt수에 관한 실험적 상관식을 제안하였다.
증발산량의 정확한 산정은 자연현상과 인문현상을 이해하는데 있어 중요하다. 증발산량의 점추정이 갖는 한계를 극복하기 위해 원격탐사를 이용하여 증발산량을 추정하는 방법이 활발히 연구되고 있다. 이 중 SEBAL 모형은 원격탐사 자료를 이용하는 기존의 방법에 비해 소요되는 자료가 적으면서도, 증발산량을 정확하게 추정하는 방법으로 알려지고 있다. 이 연구에서는 우리나라 지형에서 SEBAL 모형의 적용 가능성을 검증하였고, 증발산량 분포의 시공간적 특성을 살펴보았다. 연구 지역은 금강 상류의 보청천 유역이며, Landsat 5 TM영상(1995년 1월 11일, 4월 1일, 5월 3일, 10월 10일, 11월 27일)을 이용하였다.
여름우기와 겨울기간 동안에 준건조 기후 유역들(Lucky Hills 그리고 Kendall) 로부터 측정된 기상학적 그리고 토양 함수량 자료를 이용하여 증발산의 조절변수들 간에 상관관계와 매일의 실제 증발산량 산정을 위한 변수들의 영향을 연구하였다. 기상학적 요소와 토양 함수량의 중요도를 알아보기 위하여 단순, 다변량선형상관분석들이 적용되어졌으며, 얻어진 정보는 다변량선형상관모델을 개발하기 위하여 사용되어졌다. 유효 에너지와 대기 증기압 차는 두 다른 유역과 계절 기간 동안에 증발산을 지배하는 중요한 변수인 것으로 판명되어졌다. 그러므로 준건조 기후 지역에 있어서 증발산 과정의 중요한 변수로는 단순히 Penman에 의해서 제안된 잠재 증발산 모형의 에너지 항에 있어서 유효 에너지와 공기 동력 항에 있어서 대기증개압차인 것으로 나타났다.
본 논문은 멀티형 공조/냉동시스템의 증발기의 과열도(증발기 2상영역과 출구영역의 냉매기 온도차)제어를 위한 모델링과 PI제어에 관한 연구이다. 먼저, 제어기 설계를 목적으로 하여 압축기, 응축기, 증발기 그리고 전자식 팽창밸브의 동특성이 수학적으로 모델링된다. 증발기에서의 일정한 크기의 과열도 발생을 제어목적으로 한정한 후 전자식 팽창밸브의 전류입력으로부터 증발기의 2상영역과 과열영역에서의 관벽의 온도로의 전달함수들이 유도된다. 비례적분 제어기의 폐루프시스템의 안정성과 제어성능은 Nyquist 안정성 판별법에 의해 분석된다. 시뮬레이션 결과가 제시된다.
본 논문에서는 항공기 탑재용 환경조절장치에 사용하기 위한 미세유로형 증발열교환기의 성능 특성에 관한 연구결과를 제시하였다. 미세유로형 증발열교환기는 가능한한 적은 양의 냉매로 고온부의 열량을 흡수할 수 있도록 저온부 냉매의 증발잠열을 이용하고 단위 체적당 열전달 면적의 극대화를 위해 미세유로를 이용하는 개념이다. 설계된 공기 및 냉각수 유로를 에칭을 통해 가공하고, 이들을 적층하여 브레이징으로 접합한 후 입출구 포트를 용접함으로써 열교환기를 제작하였다. 제작된 열교환기는 기본 성능시험을 통해 요구조건대로 설계/제작되었음을 확인하였고, 다양한 운용조건에 대한 성능 맵 시험을 수행하여 입구 공기온도, 공기 유량 및 냉각수 유량 변화에 따른 열교환 성능특성을 정량적으로 파악하였다.
본 연구는 딸기의 수경재배에서 증발냉각방식을 이용하여 배지의 지하부 온도를 관리할 수 있는 냉각시스템을 개발하고 고온기 온실내 기온에 따른 배지내 온도분포 특성을 분석하고자 다공질 필름 덕트법, 배지 상면 기습부직포 멀칭법, 투수부직포 재배조 표면 증발법의 3가지 냉각시스템에 대하여 배지냉각특성을 시험하였다. 그 결과 투수부직포 재배조 표면 증발법의 경우 온실내 기온 $35^{\circ}C$인 배지표면의 온도와 상대습도 50%일 때 재배조 표변의 부직포의 온도는 $27^{\circ}C$로 니타났으며, 뿌리가 많이 분포되어 있는 배지내 온도는 $28{\sim}30^{\circ}C$ 정도로 나타나 외기온에 비하여 $5{\sim}7^{\circ}C$ 정도로 기장 크게 강하되었다. 따라서, 투수부직포 재배조 표면 증발법이 가장 효율적인 배지냉각 방법이라고 판단된다.
본 연구에서는 냉방운전 시 가변용량방식의 압축기를 적용한 시스템 에어컨의 냉방능력과 증발기 및 응축기의 온도특성을 조사하기 위해 압축기 운전율(10가지)과 실내외 온도(16가지)의 변화에 따른 시스템의 운전특성을 실험적으로 조사하였다. 시스템의 운전특성은 칼로리미터를 이용하여 측정되었다. 냉방능력은 실외온도가 낮아질수록 실내온도가 증가할수록 더 큰 값을 그리고 압축기 운전율이 증가할수록 냉방능력은 선형적으로 증가하였다. 응축온도는 실외온도 변화에 증발온도는 실내온도 변화에 더 민감하였다. 또한 압력-엔탈피선도를 이용하여 사이클의 운전특성을 분석하였다.
스퍼터링 소스는 전자기 박막 등 기능성 박막을 비롯하여 결질피막, 장식성 피막등의 제조에 이용되는 것으로 각종 증발원 중에서 가장 널리 사용되는 증발원이다. 70년대 이후 스퍼터링 소스는 마그네트론 스퍼터링으로 대표되는 방식이 사용되어 왔으며 지금까지도 가장 일반적인 방식이 되어 왔다. 마그네트론 스퍼터링 증발원은 증발율에서는 기술적인 향상이 이루어진 반면 이온화율의 향상은 그다지 이루어지지 않아 경질피막과 같은 화합물 피막의 특성 향상에는 한계를 드러내게 되었다. 그러다가 186년 Window 등 이 자장의 세기를 변형시킨 비평형 마그네트론 소스(Unbalanced Magnetron;UBM)를 처음 발표하여 이온화율의 향상이 가능하다는 것이 알려지면서 이에 대한 많은 연구가 진행되었다. UBM 소스는 마그네트론 스퍼터링 소스의 외부에 전자석을 설치하여 기판에 흐르는 이온의 양을 증가시킴으로써 소스와 기판사이의 거리를 증가시킬 수 있고 따라서, 복잡한 형상의 부품코팅이 가능하며 피막 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 UBM 스퍼터링 소스를 설계, 제작하여 그 특성을 다양한 측면에서 조사하였다. 특히, 자작의 최적 설계를 통해 전자석의 조건을 도출하였음, Dual UBM 소스의 특성을 동시에 조사하였다. 자기장의 simulation에는 Quick field 프로그램을 이용하였고 기존의 방식과의 비교를 통해 최적의 조건을 도출하였다. 이를 바탕으로 inner pole의 크기를 30mm, outer pole의 크기를 26mm로 고정하여 설계하였고, 외부에 전자석이 설치된 UBM 소스를 제작하였다. 본 UBM 소스는 4" 타겟을 사용할 수 있으며 전자석의 조건을 10A까지 변화시켜 자기장의 세기를 변화시킬 수 있게 하였다. 제작된 소스의 동작조건 설정과 최적화를 위한 스퍼터링 장치를 함께 제작하여 UBM 소스의 최적 동작 조건을 도출하였다. 전자석의 전류가 4.5A일 때 Inner Pole과 Outer Pole의 자기장의 세기가 도일함을 알 수 있었다. 기판과 타겟의 거리가 200mm일 경우에 기판에 흐르는 전류밀도는 2mA/cm2이상이 됨을 확인하였다. 이 결과는 기존의 마그네트론 소스가 기판과 타겟사이의 거리가 100mm일 때 1mA/cm2 정도가 되는 것과 비교하면 이온화율이 획기적으로 향상된 것임을 알 수 있다.수 있다.
콘크리트의 건조수축 특성은 콘크리트 구조물의 내구성을 결정하는 대단히 중요한 특성으로서 환경적인 요인에 영향을 많이 받는다. 이 환경적 요인은 온도, 습도, 풍속 등으로 구성되어 있는데 이들 개별적인 인자들은 변화폭이 크로, 콘크리트의 건조에 미치는 영향이 복합적이기 때문에 이들의 영향을 개별적으로 평가하는 것은 큰 의의가 없다. 본 연구에서는 건조수축에 영향을 미치는 환경적인 요인들을 통합하고자 증발속도라는 변수를 도입하였다. 적절한 온도와 습도, 풍속, 콘크리트 온도 등을 선정하여 선정된 환경하에서의 증발속도를 증발속도계로 측정하였으며, 이 결과를 기존의 PCA 도표와 비교 평가하였고, 설정된 조건하에서의 실험을 통하여 콘크리트의 건조수축과 증발속도간의 관계를 규명하였다. 또한 건조수축 실험결과와 이 변수 사이의 관계를 정량화하여 건조수축의 예측에 이용될 수 있는 예측모델식과 도표를 개발하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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