• 한국기계기술학회지
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• 제13권4호
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• pp.1-7
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• 2011

The paper concerns numerical study of fully developed laminar flow of a Newtonian water and non-Newtonian fluids, 0.2% aqueous of sodium carboxymethyl cellulose(CMC) solution in eccentric annuli with combined bulk axial flow and inner cylinder rotation. Pressure losses and skin friction coefficients have been measured when the inner cylinder rotates at the speed of 0~200 rpm. A numerical analysis considered mainly the effects of annular eccentricity and inner cylinder rotation. The present analysis has demonstrated the importance of the drill pipe rotation and eccentricity. In eccentricity of 0.7 of a Newtonian water, the flow field is recirculation dominated and unexpected behavior is observed. it generates a strong rotation directed layer, that two opposing effects act to create two local peaks of the axial velocity. The influences of rotation, radius ratio and working fluid on the annular flow field are investigated.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.618-619
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• 2010

LED는 기존의 발광원에 비해 훨씬 높은 파워와 효율성으로 인해 최근 들어 각종 조명이나 교통신호 등에서 사용이 급증하고 있다. LED 재료를 위해 지금까지 여러가지가 연구되어 왔는데, 갈륨 질화물 (Gallium Nitride, GaN)에 기반한 시스템이 최근들어 가장 큰 관심을 받고 있다. GaN 방식은 열적으로 매우 안정성이 있고, 1.9 ~ 6.2 eV 범위의 넓은 밴드의 Gap, 그리고 인듐이나 알루미늄과 결합하여 청, 녹, 백색등의 다양한 빛을 발생할 수 있는 장점을 가지고 있다. 예를 들어 청색 LED는 광학 방식의 기록매체에, 백색 LED는 기존의 조명램프의 대체용으로 활용이 가능하다. 이러한 장점 덕분에 GaN기반 LED 시장은 1994년에 최초로 상용화 된 이래 최근 급격한 성장을 보여 왔다. 그러나 GaN은 다른 III~V 타입의 반도체 재료와는 달리 재료가 성장하기 위해 사파이어와 같은 별도의 기판을 필요로 하는 문제가 있다. 이것은 결국 전위발생과 같은 격자의 부조화 같은 문제를 야기하여 결국 LED의 성능을 떨어뜨리는 요인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방법이 개발되었는데, 이 방법은 시간당 100 미크론의 매우 빠른 성장속도로 높은 두께의 레이어를 만드는 장점이 있다. 이렇게 성장된 GaN 레이어는 베이스 기판에서 쉽게 분리되어 활용이 가능하다. 그러나 HVPE 기술은 성장 공정에서 두께를 균일하게 만들도록 제어하는 것이 매우 어렵다는 문제가 있다. 따라서 HVPE 방식에서는 이러한 조건을 만족시키기 위해 반응현상에 대한 물리적 해석을 토대로 공정조건을 정밀하게 설계해야 한다. 이를 위해 최근에 실험 또는 시뮬레이션을 활용하여 이러한 공정조건을 향상시키기 위한 여러 연구가 진행되었다. 본 연구에서는 이러한 연구의 일환으로 반응로에 투입되는 여러 기체의 유량과 존별 주변온도 조건을 입력변수로 하고, 이들이 GaN 성장에 미치는 영향을 분석하였다. HVPE 시스템에서 가장 이상적인 목표는 반응기체가 층류유동을 유지하면서 대부분의 반응이 기판위에서 이뤄지며, 기판위에서 성장되는 재료의 두께가 균일하게 되는 것이다. 입력변수들이 이러한 결과에 어떠한 영향을 미치는 지 분석하기 위해 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 수행하는 상용코드 FLUENT를 사용하였다. 보다 실제에 가까운 해석을 위해서는 기체간의 화학반응을 포함해야 하나, 해석의 편의와 효율을 위해 본 연구에서는 열 및 유동해석만을 수행하였다. 한편 실제 반응로의 우수성은 성장속도와 두께분포의 균일도를 통해 평가된다. CFD 해석을 통해 이들을 분석하기 위해 기존에 수행한 실험조건을 해석하고 해석결과의 유동패턴/압력분포를 실험결과의 성장속도/두께분포와 비교하고, 이중에서 관련성이 높은 해석결과변수를 우수성 평가에 활용하였다. 기존의 실험결과를 토대로 이러한 중요 결과변수와 함께 이들에 대한 목표값이 도출되고 나면, 입력 공정조건 - 사용기체의 유량과 주변온도 조건 - 에 대해 실험계획(DOE,Design of Experiment)을 수립하고 목표성능을 구현하기 위한 최적설계를 수행할 수 있다. 일반적으로 CFD를 통해 최적의 설계나 공정조건을 탐색하는 작업은 1회의 CFD 계산시간이 매우 오래 소요되기 때문에 쉽지 않다. 그러나 본 연구에서는 CFD와 DOE의 적절한 조합을 통해 적은 수의 해석을 가지고도 원하는 결과를 효율적으로 얻는 것이 가능함을 입증하고자 한다. 본 발표에서는 아직 이러한 연구가 완성되지 않은 시점에서 제반 연구개요를 소개하고 현 시점까지의 연구 결과 및 향후 계획을 소개하고자 한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권10호
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• pp.659-665
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• 2017

본 연구에서는 엇갈림 배열 관군 사이를 전기 전도성 유체가 흐를 때 외부에서 인가한 자기장의 영향으로 변화하는 열유동 특성을 수치해석적으로 연구하였다. Reynolds 수 50과 100의 비정상 층류 관군 유동에서 외부 인가 자기장의 세기를 의미하는 Hartmann 수를 0에서 100까지 점진적으로 변화시킴에 따라 관군 내부의 열유동 특성을 관찰하였다. Hartmann 수가 증가함에 따라 인가 자기장의 영향으로 관표면의 속도 경계층이 얇아지고, 유동 박리를 후류로 지연시키며, 관 후면에 형성되는 재순환 영역의 크기가 줄어드는 것을 관찰하였다. 최종적으로 열유동 변형에 의한 결과적 국소 및 평균 Nusselt 수 변화 특성을 제시하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권11호
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• pp.999-1007
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• 2013

본 연구에서는 다양한 형상의 파이프에 대한 압력강하와 열전달 특성을 수치적으로 해석하였다. 원형 파이프에서부터 타원형, 톱니형, 비틀어진 형태와 같은 다양한 형상의 파이프를 3차원으로 수치해석을 통해 비교하였다. 수치해석은 층류에서 난류영역까지 계산을 수행하였다. 파이프 유동해석은 완전발달된 영역에서 정상상태, 비압축성 RANS수식을 이용하여 계산하였다. 유동의 손실은 friction factor를 통해 비교하였고, 열전달 성능은 각 파이프 표면에서의 Colburn factor를 통해 비교하였다. 종합적인 열유동 성능평가는 Volume and Area goodness factor를 통해 평가하였다. 열전달 성능을 향상시키고 유동의 손실은 최소화하는 최적의 형상을 연구하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권3호
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• pp.285-292
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• 2013

본 연구의 목적은 평판의 선단에 설치된 트리핑 와이어에 의한 경계층 박리가 층류에서 난류로의 천이에 미치는 영향과 그 결과로 발생하는 물질전달에 미치는 영향을 규명하는 것이다. 나프탈렌승화법을 사용하여 평판에서의 국소물질전달계수를 측정하였으며, 유동 경계층의 효과를 평가하기 위해 발달된 유동과 발달하는 유동의 조건에서 트리핑 와이어가 설치된 평판에서의 국소물질전달계수를 설치되지 않은 평판에서의 값과 비교하였다. 발달하는 유동에서 국소물질전달계수가 변화하는 경향은 트리핑 와이어가 설치된 평판과 설치되지 않은 평판이 비슷하지만 발달된 유동에서는 상당히 다르게 나타났다. 평균 Sherwood 수는 경계층 박리로 인하여 트리핑와이어가 설치된 평판이 설치되지 않은 평판에 비해서 훨씬 높았다.

• 대한기계학회논문집
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• 제10권6호
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• pp.852-860
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• 1986

본 연구에서는 청정실 내부에 하나의 작업대가 유동을 방해하고 있으며, 출구 공기덕트가 2개이기 때문에 출구의 평균압력조건은 주어지나 출구속도의 경계조건이 간단히 기술되지 않는 청정실내에서 유동을 예측하고자 하였으며, 수치계산상의 구체 적인 방법을 논하였다. 그 결과로서 작업대 위치 및 각 출구에서의 압력조건에 따른 유동장의 형태 및 각 출구에서의 유출유량 비율등을 논하였다.

• 융합정보논문지
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• 제12권3호
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• pp.141-150
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• 2022

원형단면 U-밴드 튜브에서 층류인 나노유체(물/Al2O3)의 유동 및 열적 특성을 수치적으로 연구하였다. 이 연구에서는 U-밴드 내부유동에서 Reynolds 수와 고체 체적분율의 영향이 유동장, 열전달 및 압력강하에 미치는 영향을 연구했다. 원형곡관에 대한 이전에 발표된 실험 결과와 본 수치해석의 결과가 잘 일치함을 보여 해석방법의 타당성이 있음을 확인하였다. Reynolds 수 뿐만 아니라 나노입자의 고체 체적분율을 증가시키면 열전달계수도 증가함을 보였다. 또한 곡관에서 형성되는 2차 유동은 평균 열전달계수를 높이는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 압력강하 곡선은 나노입자 농도가 증가함에 따라 크게 증가함을 보였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권8호
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• pp.1033-1041
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• 2003

Two-phase flow pattern data during horizontal in-tube flow boiling are presented for pure and mixed refrigerants of R134a and Rl23, The flow pattern is observed through tubular sight glasses located at inlet and outlet of the test section, which is made of a stainless steel tube, 2m long with 10mm I.D., 1.5mm wall thickness. The obtained results are compared with the available various correlations for flow pattern. The flow pattern map of Hashizume was in good agreement with the present data except the region of low mass velocity. Weisman flow pattern map was also known to satisfactorily predict data for refrigerants in the region of annular flow. In this study, the flow pattern are simply classified into two groups; stratified(including intermittent, stratified and stratified-wavy) flow and annular flow. The transition quality from stratified to annular flow was obtained by modifying the liquid Froude number.

• 대한기계학회논문집B
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• 제21권7호
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• pp.882-890
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• 1997

A buoyant jet flow impinging on a circular cylinder is investigated including heat conduction through the cylinder. Temperature and flow fields are obtained by an iterative method, and the effects of the non-uniform wall temperature on the flow and heat transfer are analyzed. Effects of three-dimensionality and the traversing of the jet are also included. Nusselt number over the cylinder surface for the conjugate case is relatively small as compared with the constant wall temperature case due to the small temperature gradient. As the conductivity of the cylinder becomes lower, Nusselt number decreases due to the reduced temperature gradient. Increasing jet traversing speed causes the surface temperature of the cylinder to decrease, which increases local Nusselt number over the surface.

• 대한기계학회논문집B
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• 제22권6호
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• pp.757-770
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• 1998

A Navier-Stokes code with a low Reynolds number k-.epsilon. turbulence model was tested to investigate its predictability for the unsteady transitional boundary layer flow due to rotor-stator interaction. A preliminary calculation with three different numbers of time steps 300, 600, and 1000 for a rotor wake passing period was carried out to see the effects of time steps on the unsteady flow and pressure fields due to rotor-stator interaction. Numerical solutions showed that unsteady pressure was much more sensitive to the number of time steps and over 600 time steps should be used to get a numerical solution independent of the number of time steps for a rotor wake passing period. The original low Reynolds number k-.epsilon. turbulence model showed very poor prediction of the unsteady transitional boundary layer flow due to rotor-stator interaction. This was due to the excessive production of turbulent kinetic energy near the leading edge. A modification suggested by Launder was incorporated and the modified model captured well the wake induced transitional strip. Present solutions also showed improved prediction over previous Euler/boundary layer solution in terms of the onset of unsteady transition and its extent.