• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
• /
• pp.537-542
• /
• 2004

오염물질의 이송${\cdot}$확산 과정을 해석하기 위하여 계산효율이 높은 3차원 퍼프모형을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 퍼프모형은 추적방법에 따라 전방추적모형과 후방추적모형으로 나눌 수 있으며, 이 두 가지 추적방법은 계산효율과 수치오차에 있어서 상이한 특성을 나타내었다. 전방추적 퍼프모형은 일정한 시간간격을 가지므로 정상상태의 연속오염원의 경우에 각각의 퍼프들이 동일한 질량을 갖는다. 그러므로 전방추적 퍼프 모형은 각 퍼프들간의 중첩정도가 일정하지 않다. 이에 관한 오차분석을 수행하기 위하여 본 연구에서는 무차원 퍼프중첩계수를 정의하였다. 퍼프중첩계수란 퍼프의 크기에 대하여 퍼프중심간의 거리가 떨어진 정도를 나타내는 무차원수로서 너무 작은 경우에는 정확도가 떨어지고 너무 큰 경우에는 계산효율이 감소한다. 전방 추적 퍼프모형의 경우, 중첩계수가 작은 초기구간에는 정확도가 떨어지며, 시간이 지남에 따라 중첩계수가 필요이상으로 증가하여 계산효율이 떨어지는 것으로 나타났다. 이에 비해 일정한 중첩정도를 갖는 후방추적 퍼프모형의 경우에는 전 영역에 걸쳐서 정확도와 계산효율이 높은 것으로 나타났다. 하지만 일정한 시간간격 마다 농도장을 계산하고자 할 때, 전방추적법은 단 한번의 전체계산을 통하여 수행가능하지만 후방추적법의 경우에는 매 출력시간마다 초기시점까지 반복해서 계산해야하는 단점이 있다. 경계처리에 있어서 입자추적모형과 상이한 방법을 사용하는 퍼프모형은 폐경계에서는 입자추적모형과 동일한 결과를 나타내지만 개경계에서는 다른 결과를 나타내었다. 또한 오염원이 임의의 공간적 분포를 갖는 경우, 퍼프모형은 입자추적모형보다는 적은 수의 퍼프를 사용할 수 있지만 이에 따른 경계면에서의 수치오차를 발생하였다. 본 연구에서는 개발된 퍼프모형을 검증하고 장${\cdot}$단점을 분석하기 위하여 흐름이 일정한 경우와 전단흐름의 경우에 대하여 이송${\cdot}$확산 수치모의를 수행하였으면, 이를 각각의 경우의 해석해 결과와 비교${\cdot}$분석하였다. 후방추적 퍼프모형은 전방추적 퍼프모형에 비하여 사용된 퍼프수와 관계없이 작은 오차를 발생하였으며, 전체적으로 퍼프 모형이 입자모형보다는 훨씬 적은 수의 계산을 통해서도 작은 오차를 나타낼 수 있다는 것을 알 수 있었다. 그러나 Gaussian 분포를 갖는 퍼프모형은 전단흐름에서의 긴 유선형 농도분포를 모의할 수 없었고, 이에 관한 오차는 전단계수가 증가함에 따라 비선형적으로 증가하였다. 향후, 보다 다양한 흐름영역에서 장${\cdot}$단점 분석 및 오차해석을 수행한 후에 각각의 Lagrangian 모형의 장점만을 갖는 모형결합 방법을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국방재학회 논문집
• /
• 제1권1호
• /
• pp.157-163
• /
• 2001

본 연구의 목적은 청정실 내부에서 가상의 화재가 발생할 경우 화재 확산 및 연기의 전파 현상을 예측하기 위하여 실시하였다. 청정실 내의 화재로 인한 온도 및 속도분포의 해석은 유한체적법을 이용한 수치적 방법으로 해석하였으며 난류유동장의 계산은 표준 $k-{\varepsilon}$ 모델을 적용하여 실시하였다. 본 연구 결과는 화재발생 후 150초가 지난 후에는 화재가 완전히 성장한 것으로 나타났으며 이 경우 환기장치는 화재가 완전히 성장한 후에 정지하는 것으로 가정하였다. 연기의 질량분율은 온도 분포와 거의 유사한 것으로 나타났다. 따라서 청정실에서 화재가 발생할 경우 화재 성장이 60초 내에 전공간의 $20{\sim}30%$까지 확산되므로 내부에 있는 사람은 30초 이내에 대피하는 것이 바람직하다.

• 한국화재소방학회논문지
• /
• 제16권4호
• /
• pp.33-43
• /
• 2002

선박기관실과 유사한 공간내로 $CO_2$소화제를 분사했을 때 화재화염이 공기유동 및 $CO_2$소화제전달 특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 노즐 위치에 따라 유동장과 $CO_2$농도장을 계산하였다. 한 경우를 제외한 모든 경우에서 시계방향과 반시계방향 재순환 유동이 노즐 좌, 우측영역에 형성되었으며, 이러한 재순환 유동이 질량전달과 $CO_2$소화제 확산경로에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 화재화염이 위치한 1층 영역에서는 $CO_2$소화제 확산경로가 재순환 유동 확장경로와 일치하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
• /
• pp.391-391
• /
• 2016

유수동역학적인 요소와 유사의 부유는 서로 상호작용을 주고받으며 다양한 현상을 만들어낸다. 많은 선행연구를 통해 유사 농도 등의 특성이 난류 구조 등의 변화를 야기하며, 변화한 난류 구조 역시 유사의 부유 등에 2차적인 영향을 준다는 점이 확인되었다. 본 연구에서는 가는 유사에 보다 집중하여 유사 부유와 이에 따른 연직구조 특성의 변화를 살펴본다. 본 연구에서는 1차원 연직 모형을 이용하여 수치실험을 수행한다. 본 연구에 이용된 모형은 가는 유사의 특성인 빠른 입자 반응 시간(Particle Response Time)이 가정되는 모형으로 선행연구를 통해 적용성이 검증된 것으로 판단한다. 주요 분석대상은 유사의 농도와 속도경사 간의 관계 등이며, 분석하는 유사 농도 종류는 일반적인 비점착성 유사의 경우에 관심을 가지는 질량 농도에 집중하여 결정된다. 수치실험 수행을 위해서는 정류 흐름, 진동파 흐름 등이 적용되었고 다양한 경우의 가는 유사를 고려하기 위한 실험조건의 변경이 이루어졌다. 수치실험 결과 진동파의 다양한 위상에서 조금씩 달라지는 연직구조가 확인되었다. 이는 보정되는 Schmidt 수의 값과도 연관관계를 가지는 것으로 나타났다. 특히 가는 유사의 경우에도 입자의 크기에 따라 다른 연직구조의 특성이 모의되었으며 이를 통해 수치실험의 경우에도 입자 크기의 고려 하에 매개변수의 보정이 이루어져야 한다는 점을 알 수 있다. 스토크스 수는 입자 반응 시간과 유체 난류 시간규모(Fluid Turbulence Ttime Scale)의 비율을 의미한다. 본 연구를 통해 스토크스 수가 유사의 확산강도 결정과 큰 상관 관계를 가지는 것을 알 수 있다. 이때 유사의 크기와 보정되는 Schmidt 수의 값은 고정되었다. 수치 계산시에 확산계수의 값이 부유 및 이에 따른 연직구조의 특성을 결정하는 중요한 변수라는 점을 고려할 때, 가는 유사의 부유를 모의할 때에는 세심한 주의가 요구된다는 점을 이해할 수 있다. 선행 연구사례를 통해 볼 때 부유하는 입자의 관성력이 Schmidt 수의 결정과 이에 따른 연직 구조의 계산에 큰 영향을 준다는 점을 알 수 있다. 본 연구에서는 스토크스 수를 관성력을 나타낼 수 있는 지표로서 계산하였지만 보다 정량적이고 효율적인 입자 관성력 지표가 제시될 때 효율적인 연구결과의 제시가 이루어질 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
• /
• pp.4-4
• /
• 2022

낙동강 하구 환경/생태 복원을 위하여 "해수유입"으로 하구환경을 조성하는 사업이 추진되고 있으며, 해수 유입 규모와 빈도에 따른 생태환경변화를 예측하는 연구수요가 증가하고 있는 상황이다. 보다 구체적으로는 단기간의 해수유입에 의한 흐름 및 염분 확산범위 예측과 더불어 보다 장기간의 지형변화, 수질환경 변화, 생태환경 변화 등에 대한 예측이 필요한 상황이다. 그리고 그 예측의 대부분을 수치모델에 크게 의존하고 있는 상황이다. 그러나, 수치모형을 이용한 단기 예측은 가까운 미래에 대한 입력조건을 사용하여야 하기 때문에 입력조건에 대한 불확실성이 포함되고, 환경생태모형의 불확실성에 따른 예측 한계 등으로 인하여 오차가 누적되기 때문에 직접적인 활용에 크게 제한이 따를 수 있다. 또한 운영과정에서 어떤 분산, 편향 오차 등이 지속적으로 발생하는 경우, 모델 예측 결과에 대한 신뢰수준이 크게 감소하기 때문에 모델의 적절한 운영기법이 요구된다. 모델은 관심을 가지는 자연현상에 대한 근사(approximation)이고, 예상하지 못한 오차가 발생할 수 있기 때문에 관측 자료를 이용한 자료동화(data assimilation) 과정이 운영모델에서는 필수적인 부분이다. 이론적인 기반이 탄탄한 유체역학 기반 기상예측의 경우에도, 가용한 모든 지점의 관측 자료를 이용한 자료 동화과정을 통하여 모델 예측 결과를 개선하여 나가는 과정을 포함하여 운영하고 있다. 이 과정이 포함하는 중요한 개념은 수치모델이 가지고 있는 (예측 수준의) 한계를 인정하고, 수치모델에 전적으로 의존하는 것이 아니라 관측 자료를 이용하여 그 한계를 저감하여 나가는 과정이다. 모니터링은 모델의 한계를 알려주는 지표이다. 모델링과 모니터링의 불가피한 상호의존 관계를 의미하는 이 개념은 단기간의 흐름, 염분 확산 예측으로 한정되지 않고, 장기적인 변화가 예상되는 생태환경변화 모델에도 적용이 된다. 즉각적인 변화보다는 장기적인 관점에서 파악하여야 하는 생태학적인 변화는 보다 다양한 인자가 관여하기 때문에 어떤 측면에서는 모델보다는 적절한 빈도와 항목에 대한 관측계획 수립(monitoring design)이 더 중요하다고 할 수 있다. 이론적인 질량보존(mass conservation) 방정식을 기반으로 하는 모델은 다양한 현실적인 인자의 영향을 받기 때문에 모델의 한계를 인정하고, 모니터링 자료를 적극적으로 활용하여 불확실성을 저감하는 접근방식이 요구된다.

• 에너지공학
• /
• 제8권2호
• /
• pp.333-340
• /
• 1999

과냉수에서의 난류 증기응축 제트에 대한 수치해석 연구가 수행되었다. 증기와 과냉수 사이에 국부 균질유동을 가정하고 난류 특성은 난류 확산화염에서 사용되는 $textsc{k}$-$\varepsilon$-g 모델을 사용하여 증기응축 유동 현상에 대한 물리적 모델을 제안하였다. 즉, 난류는 난류 운동 에너지와 운동 에너지 소멸률로 모사되고 증기와 과냉수의 혼합률비에 대한 평균값과 변동량에 대한 미분 방정식을 추가하여 직접 풀고 혼합률비에 확률분포 함수를 적용하여 열역학 변수의 평균값을 구한다. 증기 질량 유속, 과냉수 온도와 노즐 직경을 변화시키며 증기응축제트의 특성을 해석하였다. 본 해석에 사용된 모델을 평가하기 위해 기존의 실험 데이터를 사용해서 수치해석 결과와 실험치를 비교하여 만족할 만한 결과를 얻었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
• /
• pp.668-672
• /
• 2009

상대오염도가 높은 초기유출수에 대한 1차 처리의 화학적인 효율성 증대에 대한 연구는 많이 진행되어온 반면 동수역학적 분석에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 수처리 시설에 대해서 수리모형 및 수치모의의 결과를 비교 분석하였다. 연구에 사용된 수처리 시설은 내부 격벽(baffle)의 배열에 변화를 주어 흐름제어를 유도하여 초기유출수의 처리 효율에 변화를 줄 수 있도록 시설을 고안하였다. 수리모형 및 수치모의 실험을 통해 구조물 내에 복잡한 난류흐름을 관찰하였고, 주입된 염수의 농도분포 양상을 시간변화에 따라 분석하였다. 수치모의를 위해서 3차원 수치모형 프로그램인 FLOW-3D를 사용하였으며 LES 난류모형과 질량생성(mass source)모형을 적용하여 수처리 시설 내에서의 동수역학적 거동분석 및 오염원(source)의 농도분포를 모의하였다. 실험 결과 수처리 시설의 3차원 난류흐름을 통해 오염원이 지체 및 확산되고 이에 따라 배출되는 농도가 현격하게 차이 냄을 확인하였다. 또한 추후 본 연구에서 제시된 바와 같이 다양한 내부구조에 대한 수치모의 결과를 분석하게 되면 초기 유출수 처리 효율을 증가시킬 수 있는 수처리 시설모형의 최적화 방안을 고려할 수 있을 것이다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제18권4호
• /
• pp.422-431
• /
• 2007

Polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) is very interesting power source due to high power density, simple construction and operation at low temperature. But it has problems such as high cost, improvement of performance and effect of temperature. These problems can be approached to be solved by using mathematical models which are useful tools for analysis and optimization of fuel cell performance and for heat and water management. In this paper, the present work is to develop an electrochemical model to examine the electrochemical process inside PEM fuel cell. A complete set of considerations of mass, momentum, species and charge is developed and solved numerically with proper account of electrochemical kinetics. When depth of gas channel becomes thinner, diffusion of reactant makes well into gas diffusion layer(GDL) and the performance increases. Although at low current region there is little voltage difference between experimental data of PEM fuel cell and numerical data. When the porosity size of gas diffusion layer for PEM fuel cell is bigger, oxygen diffusion occurs well and oxygen mass fraction appears high in catalyst layer.

• 한국시스템다이내믹스연구
• /
• 제13권4호
• /
• pp.33-55
• /
• 2012

The research is to identify important diffusion factors and their effects on green car diffusion process using system dynamics perspectives and a causal-loop analysis. Through a deep review on previous research, we have found the important factors of green car diffusion process. Price, driving range, network effect, recharge system, fuel cost had important facilitation on consumer attraction and green car diffusion. Based on the review, we have constructed a causal loop diagram explaining hybrid car diffusion process. We have found 3 important reinforcing loops in the causal loop diagram. Loop for learning & economies of scale(supply side), loop for network effect(consumer side), and loop for battery development(technology side) had most significant roles in the whole diffusion process. Through a deliberate analysis on the 3 causal loops, we have found meaningful results. First, there seems to exist a critical mass in the diffusion. Second, of the 3 loops, the battery technology had most significant role. Third, not consumer installed base but sales must be a standard to decide whether the critical mass is achieved or not. Based on these findings, several meaningful implications are suggested for the government and corporations related to the green car industries.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.239.2-239.2
• /
• 2014

태양전지의 전면전극과 웨이퍼의 접촉저항은 태양전지의 효율을 저하시키는 원인이 된다. 전면전극과 웨이퍼의 접촉저항을 감소시키는 공정으로써 선택적 에미터 도핑이 널리 적용되고 있다. 선택적 에미터 도핑은 태양전지의 전면전극 하부에 고농도 도핑을 함으로써 전극과 웨이퍼의 접촉저항을 감소시켜 태양전지의 효율상승을 유도한다. 이러한 선택적 에미터 도핑은 주로 고가의 레이저 장비가 요구 되어 생산단가가 높으며 웨이퍼의 구조적 손상을 야기한다. 본 연구에서는 고가의 레이저 장비를 플라즈마 제트 장치로 대체함으로써 생산단가를 낮추고자 한다. 도펀트가 도포된 웨이퍼에 플라즈마 제트를 조사하면 플라즈마 전류 흐름에 의한 저항 열이 발생한다. 발생된 열에 의해 도펀트가 웨이퍼에 확산되어 도핑된다. 플라즈마 제트로 구성된 선택적 에미터 도핑 장비 개발을 위한 기초 특성을 조사한다. 플라즈마 제트의 전류량의 변화에 따른 웨이퍼의 온도 특성과 도포된 도펀트 용재의 인산 함유량에 따른 도핑 깊이를 조사한다. 또한 선택적 에미터 도핑의 생산성을 향상시키기 위해 다중 채널 플라즈마 제트 장치를 구성하여 특성을 조사한다. 각 채널의 플라즈마 제트의 선폭과 전류량이 적절한 균일도를 갖도록 한다. 도핑 프로파일은 이차 이온 질량분석법을 통해 분석한다.