• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.521-530
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• 2011

항공기 기체와의 체결부위가 많은 연료탱크는 체계연관성이 큰 대표적인 핵심 구성품 중의 하나로 다루어져 왔다. 회전익항공기에 광범위하게 적용되고 있는 내충격성 연료탱크는 항공기 추락 시 탑승자의 생존성 향상에 크게 기여하고 있다. 미육군에서는 항공기 추락 후 화재에 의한 인명손실을 원천적으로 방지하기 위해 군용 회전익기 역사의 초기 단계부터 연료탱크 고유의 내충격성에 관련된 군사규격을 제정하여 적용해 왔다. V-22 등의 잘 알려진 사례에 따르면 미군사규격(MIL-DTL-27422D)에서 요구하고 있는 연료탱크 충돌충격시험을 원활하게 통과하지 못하는 경우, 해당 연료탱크가 장착되는 항공기 자체의 개발일정에 심각한 지장을 초래한다. 연료탱크 충돌충격시험은 시편자체의 제작비용 및 준비기간이 상당히 소요되므로, 설계 초기단계부터 충돌충격시험에 대한 일련의 수치적 모사(numerical simulation)를 통해 실물에 의한 시행착오의 가능성을 최소화해야 한다. 본 연구에서는 충돌모사 프로그램인 Autodyn을 이용하여 연료탱크 충돌충격시험에 대한 수치적 모사를 수행하였으며, 그 결과로 구해진 등가응력 및 내부압력 평가를 통해 회전익항공기용 연료탱크의 내충격 성능을 고려한 설계방향을 제시하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권3호
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• pp.233-240
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• 2012

레이저 절단가공에서 사용되는 보조가스의 충돌특성을 개선하기 위한 실험적 연구가 진행되었다. 보조가스의 압력, 노즐의 위치 및 각도 등 다양한 관계변수의 변화에 대하여, 초음속 사각노즐에서 분출되는 보조가스의 절단면 충돌특성이 기존의 원형노즐 경우와 비교 관찰되었다. 이를 위하여 쉴러린 유동가시화 및 절단면 하단에서의 피토압 측정이 진행되었다. 본 연구에서 응용된 사각노즐은 절단면 모서리에서 발생하는 마하디스크의 강도를 줄이고, 이를 통하여 기존의 원형노즐에 비하여 절단면을 따라 흐르는 보조가스의 박리현상을 약화시키고 보조가스 후방의 피토압력을 증가시킬 수 있음이 확인되었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.139-146
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• 2011

충격쇄파압은 권파성 파랑이 구조물 전면에 갑자기 충돌할 때 발생하며 접촉면에서 공기포켓의 생성여부에 따라 충격쇄파압의 작용특성이 달라진다. 수괴의 직접적인 충돌에 따른 Wagner형은 접촉면에서 단일 압력 첨두치를 보이는 반면, Bagnold형은 공기포켓의 진동에 의하여 비접촉면에서도 압력의 첨두치를 보이는 특성이 있다. 본 연구에서는 시공 중의 수중터널 벌크헤드의 배면(육측면)에 발생하는 충격쇄파압을 고찰하였다. Navier-Stokes 방정식을 직접 푸는 수치해석을 적용하여 벌크헤드 인근에 발생하는 쇄파를 모의한 결과, 벌크헤드의 배면에서 강한 Bagnold형 충격쇄파압이 발생함을 확인하였다. 본 충격쇄파압의 존재는 동일 조건에 대하여 수행한 수리모형실험에 의해서도 확인되었으며, 실험결과와 수치해석결과가 대체적으로 유사한 성향을 보임을 확인하였다.

• 한국압력기기공학회 논문집
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• 제12권2호
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• pp.58-65
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• 2016

Since, in case of high energy piping, steam jets ejected from the rupture zone may cause damage to nearby structure, it is necessary to design it into consideration of nuclear power plant design. For the existing nuclear power plants, the ANSI / ANS 58.2 technical standard for high-energy pipe rupture was used. However, the US Nuclear Regulatory Commission (USNRC) and academia recently have pointed out the non-conservativeness of existing high energy pipe fracture evaluation methods. Therefore, it is necessary to develop a highly reliable evaluation methodology to evaluate the behavior of steam jet ejected during high energy pipe rupture and the effect of steam jet on peripheral devices and structures. In this study, we develop a method for analyzing the impact load of a jet by high energy pipe rupture, and plan to carry out an experiment to verify the evaluation methodology. In this paper, the basic data required for the design of the jet impact load experiment equipment under construction, 1) the load change according to the jet distance, 2) the load change according to the jet collision angle, 3) the load variation according to structure diameter, and 4) the load variation depending on the jet impact position, are numerically obtained using the developed steam jet analysis technique.

• 한국압력기기공학회 논문집
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• 제14권2호
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• pp.77-87
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• 2018

In the case of high-energy line breaks in nuclear power plants, supersonic steam jet is formed due to the rapid depressurization. The steam jet can cause impingement load on the adjacent structures, piping systems and components. In order to secure the design integrity of the nuclear power plant, it is necessary to evaluate the load characteristics of the steam jet generated by high-energy pipe rupture. In the design process of nuclear power plant, jet impingement load evaluation was usually performed based on ANSI/ANS 58.2. However, U.S. NRC recently pointed out that ANSI/ANS 58.2 oversimplifies the jet behavior and that some assumptions are non-conservative. In addition, it is recommended that dynamic analysis techniques should be applied to consider transient load characteristics. Therefore, it is necessary to establish an evaluation methodology that can analyze the dynamic load characteristics of steam jet ejected when high energy pipe breaks. This research group has developed and validated the CFD analysis methodology to evaluate the transient behavior of supersonic impinging jet in the previous study. In this study, numerical study on the transient load characteristics of supersonic steam jet impingement was carried out and amplitude and frequency analysis of transient jet load was performed.

• 한국압력기기공학회 논문집
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• 제14권2호
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• pp.1-10
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• 2018

Structures, systems and components of nuclear power plants should be able to maintain safety even in the event of design-basis accidents such as high-energy line breaks. The high-pressure steam jet ejected from the broken pipe may cause damage to the adjacent structures. The ANSI/ANS 58.2 code has been adopted as a technical standard for evaluating the jet impingement load. Recently, the U.S. NRC pointed out the non-conservativeness of the ANSI/ANS 58.2, because it does not take into account the blast wave effect, dynamic behavior of the jet, and oversimplifies the shape and load characteristics of the supersonic steam jet. Therefore, it is necessary to improve the evaluation method for the high-energy line break accident. In order to evaluate the behavior of supersonic steam jet, an appropriate numerical analysis technique considering compressible flow effect is needed. In this study, numerical analysis methodology for evaluating supersonic jet impingement load was developed and verified. In addition, the conservativeness of the ANSI/ANS 58.2 model was investigated using the numerical analysis methodology. It is estimated that the ANSI jet model does not sufficiently reflect the physical behavior of under-expanded supersonic steam jet and evaluates the jet impingement load lower than CFD analysis result at certain positions.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.221-221
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• 2011

수 Tera Watt급의 가속기 및 펄스파워 시스템은 다수의 스위치를 사용하고 있으며, 이와 같은 가속기 및 시스템의 성능은 기체방전 스위치의 성능에 직접적으로 관련되어 있다. 일반적으로 이와 같은 기체방전, 액체방전 고출력 스위치는 다목적으로 많은 연구와 개발에 응용되고 있다. 예를 들어 천둥 펄스전자빔 발생장치는 12개의 Marx gap 및 3개의 100 kV 펄스충전 전기트리거 gap을 가지고 있다. 기체 방전 또는 액체 방전 펄스 충전 갭 스위치의 음극에 펄스 고전압이 인가되면 이로 인하여 음극에서 전자빔이 발생한다. 내부에는 전자빔이 양극과 충돌하는 순간 양극표면에 플라스마가 형성된다. 이와 같은 플라스마 sheath는 축 방향 이극관 안에서 양극 충전 에서 음극으로 팽창하면서 전파하며, 또한 거의 동시에 음극표면에도 플라스마가 형성되어 음극에서 양극으로도 팽창하여 전파하게 된다. 이와 같은 펄스충전 고출력 갭 스위치 안에서 발생되는 방전 플라스마의 특성에 관한 갭 breakdown 과정에 대한 특성연구를 한다. 고출력 스위치의 특성 조건으로는 방전전압, 방전시간, jitter 등이 있다. 본 연구에서는 최대전압 600 KV, 최대전류 88 KA, 펄스 폭 60 ns의 특성을 가지는 고전압 펄스 시스템 '천둥'을 이용하여 방전 챔버에 고전압 펄스를 인가하고 N2와 SF6 혼합기체 종류와 압력에 따른 현상을 전기, 광학적으로 연구하였다. 전극은 구리텅스텐 합금재질의 표준전극을 사용하였고, 전극 간격은 20 mm로 고정하였다. 방전 챔버 압력을 100 torr에서 4 기압까지 변화시켜가며 실험을 진행하였고, N2에 대한 SF6의 혼합비율을 0%~100%까지 변화시키며 실험을 진행하였다. 실험결과 방전전압은 압력이 증가함에 따라 증가하다가 2 기압 이상에서는 완만히 증가하는 경향을 보였고, SF6 혼합비율은 0~10%까지 급격히 증가하고, 그 이상의 혼합비율에서는 완만히 증가하였다. 전자온도는 SF6 혼합비율이 0~10%일 때 급격히 증가하여 이후에는 포화되는 경향을 보였고, 압력에 따라서는 큰 경향성을 보이지 않았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.34-34
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• 2000

ZnO 박막은 대칭 육방정계(hexagonal) wurtzite-type crystal로써 결정구조에서의 이방성, 비화학양론 결합구조와 다양한 전기적, 광학적 그리고 타성파적 성질 때문에 현재 여러 응용분양에서 각광을 받고 있는 재료 중의 하나이다. 이러한 특성을 갖는 ZnO 박막은 결정학적으로 기판에 수직인 c-축 우선방위현상(preferred orientation)을 나타내며 압전 특성을 이용하여 응용을 할 경우 이 c-축 우선방위현상에 따라 압전 특성에 큰 차이가 있으며 ZnO 박막의 형성 조건에 의해 c-축 우성배향성은 큰 차이가 있다. 특히 스퍼터법을 이용하여 ZnO 박막을 형성하는 경우에는 투입전력, 기판온도, 분위기 가스압력, 타겟간 거리등의 증착조건에 의해 결정학적 및 전기적 특성이 크게 영향을 받게 된다. 따라서 결정학적으로 양호하며 고품위의 특성을 갖는 ZnO 박막을 제작하기 위해서는 최적의 증착조건을 확립하여 ZnO 박막을 제작할 필요가 있다. 본 연구에서 사용된 대향 타겟식 스퍼터장치는 두 개의 타겟이 서로 마주보게 배치되어 있고 양 타겟에 수직으로 분포하고 있는 자계가 ${\gamma}$-전자를 구속하게 되어 고밀도의 플라즈마를 형성할 수가 있다. 따라서 10-4Torr에서도 안정한 방전을 유지할 수가 있으며 기판의 위치가 플라즈마로부터 이격되어 (plasma-free)있는 위치에 있기 때문에 플라즈마내의 높은 에너지를 갖는 입자들의 기판충돌을 최대한 억제하여 고품위의ZnO 박막을 제작할 수가 있다. 이러한 특징을 갖는 대향타겟식스퍼터장치를 이용하여 본 연구에서는 비정질 slide glass를 기판으로 하여 ZnO 박막을 증착하였으며 XRD(X-ray Diffractometer)를 이용하여 증착된 ZnO 박막의 결정학적 특성을 측정하였다. ZnO 박막은 산소 가스압력과 기판온도, 인가 전류를 변화시켜가며 증착하였으며 이에 따른 박막의 결정성 변화를 알아보았다. 기판온도를 실온에서 점차 증가시켜나가면 $\Delta$$\theta$50은 급격히 감소하며 30$0^{\circ}C$에서는 결정성이 우수한 막을 얻을 수 있었다. 또한 산소 가스 압력이 0.5~1mTorr에서 $\Delta$$\theta$50은 양호한 값을 나타내었지만 그 이상에서는 c-축 배향성이 나빠짐을 확인하였다. 따라서 대향타겟식스퍼터 장치를 이용하여 ZnO 박막을 증착시 가스압력 0.5~1mTorr, 기판온도 20$0^{\circ}C$이상의 막 제작조건에서 결정성이 우수하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.102-102
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• 2010

수 Tera Watt급의 가속기 및 펄스파워 시스템은 다수의 스위치를 사용하고 있으며, 이와 같은 가속기 및 시스템의 성능은 기체방전 스위치의 성능에 직접적으로 관련되어 있다. 일반적으로 이와 같은 기체방전, 액체방전 고출력 스위치는 다목적으로 많은 연구와 개발에 응용되고 있다. 예를 들어 천둥 펄스전자빔 발생장치는 12개의 Marx gap 및 3개의 100 kV 펄스충전 전기트리거 gap을 가지고 있다. 기체 방전 또는 액체 방전 펄스 충전 갭 스위치의 음극에 펄스 고전압이 인가되면 이로 인하여 음극에서 전자빔이 발생한다. 내부에는 전자빔이 양극과 충돌하는 순간 양극표면에 플라스마가 형성된다. 이와 같은 플라스마 sheath는 축 방향 이극관 안에서 양극충전 에서 음극으로 팽창하면서 전파하며, 또한 거의 동시에 음극표면에도 플라스마가 형성되어 음극에서 양극으로도 팽창하여 전파하게 된다. 이와 같은 펄스충전 고출력 갭 스위치 안에서 발생되는 방전 플라스마의 특성에 관한 갭 breakdown 과정에 대한 특성연구를 한다. 고출력스위치의 특성 조건으로는 방전전압, 방전시간, jitter 등이 있다. 본 연구에서는 최대전압 600 KV, 최대전류 88 KA, 펄스 폭 60 ns의 특성을 가지는 고전압펄스 시스템 '천둥'을 이용하여 방전 챔버에 고전압 펄스를 인가하고 N2와 SF6 혼합기체 종류와 압력에 따른 방전 현상을 연구하였다. 전극은 구리텅스텐 합금재질의 표준전극을 사용하였고, 전극 간격은 20 mm로 고정하였다. 방전 챔버 압력을 100 torr에서 4 기압까지 변화시켜가며 실험을 진행하였고, N2에 대한 SF6의 혼합비율을 0%~100%까지 변화시키며 실험을 진행하였다. 방전 챔버에는 C-dot probe와 B-dot probe를 설치하여 전압과 전류를 측정하였고, C-dot probe 와 B-dot probe는 각각 Northstar사의 10000:1 고전압 probe와 rogowiski coil을 이용하여 시준 하였다. 실험결과 방전전압은 압력이 증가함에 따라 증가하다가 2 기압 이상에서는 완만히 증가하는 경향을 보였고, SF6 혼합비율은 0~10%까지 급격히 증가하고, 그 이상의 혼합비율에서는 완만히 증가하였다. 방전개시시간은 혼합기체 압력에 따라 증가하며 1기압 이상에서는 급격히 증가 하였다. SF6 혼합비율에 따라서는 1 기압 조건까지는 큰 차이가 없었으나 2 기압부터는 급격히 증가하였다. 안정성을 나타내는 jitter는 SF6 100%일 때 가장 컸으나 혼합기체의 변화에 따른 큰 차이는 없었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제28권8호
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• pp.887-894
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• 2004

A technique of mixing enhancement by using an elliptic jet screech reflector has been examined experimentally in an underexpanded sonic round jet where jet screech tone is generated. Since jet screech is known to enhance jet spreading, a reflector was designed to focus jet screech waves near the nozzle lip at an underexpanded jet. The reflector has an elliptic cross section of which one focus is located near the nozzle lip and the other in the jet screech source region in a plane including the jet axis. In the jet with the elliptic reflector, the mass flow rate showed a significant increase in the jet entrainment when compared to that for the small disk reflector. This was attributed to the increased screech amplitude near the nozzle lip as well as the mode change of the jet. The jet mixing was also increased by the amplified jet screech at two other underexpanded jets, but the jet oscillation mode did not change.