• 에너지공학
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• 제20권1호
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• pp.44-53
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• 2011

본 논문에서는 마주보는 두 벽면들이 서로 다른 온도로 유지되는 2차원 사각형 공간 내 공기의 층류 자연대류를 수치해석 방법을 사용하여 $10^6$의 Rayleigh 수까지 조사하였다. 사각공간의 폭과 높이의 비가 1, 2, 4인 경우와 $0^{\circ}{\leq}{\theta}{\leq}90^{\circ}$의 경사각도 범위에서 계산을 수행하였다. $10^3{\leq}Ra{\leq}10^6$의 범위에서 공간의 경사각도가 유동 구조와 열전달에 미치는 영향을 각 종횡비에 대하여 조사하였다. 작은 종횡비의 경우에는 공간 구석에서 발달되는 2차 유동 셀들이 총괄 열전달의 감소를 초래하는 것으로 나타났으며, 큰 종횡비의 경우에는 3개의 유동 셀이 1개로 전이되는 과정에서 스텝모양과 비슷한 열전달의 급 감소가 일어났다. 수직의 경우인 ${\theta}=90^{\circ}$에 대해서 새로운 평균 Nusselt 수 상관식이 제공되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권3호
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• pp.293-299
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• 2011

본 연구에서는 다양한 형상의 나노입자를 분산시킨 알루미나 나노유체의 유동 특성을 실험적으로 조사하기 위하여 나노입자의 형상 변화에 따른 알루미나 나노유체의 압력강하를 층류영역에서 측정하였다. 이를 위해 Sphere, Rod, Platelet, 그리고 Brick 의 형태를 갖는 알루미나 나노입자를 물에 분산시켜 부피비 0.3%를 갖도록 Two-step 방법으로 제작하였다. 제작된 나노유체의 분산성을 파악하기 위하여 제타포텐셜을 조사하였으며, 나노입자의 형상을 파악하기 위하여 TEM 사진을 측정하였다. 다양한 형상의 나노입자를 분산시켜 0.3%의 부피비를 갖는 나노유체의 압력강하를 측정하였을 때, 입자 형상이 나노유체의 유동특성에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 실험 결과를 바탕으로 나노입자의 단위질량당 표면적과 분산된 나노입자의 크기를 이용하여 나노유체의 압력강하 특성을 설명하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.729-732
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• 2010

본 연구는 케로신과 액체산소를 추진제로 사용하는 동축 와류형 분사기를 해석하기 위해 체계적인 물리 모델링을 수행하였다. 먼저 초임계 압력 조건에서 나타나는 실제유체의 열역학 및 전달 물성치를 계산할 수 있는 서브루틴 라이브러리를 구축하였으며, 층류 화염편 해석 코드와 연동하여 케로신 난류연소장의 국소화염구조를 해석하였다. 설계 목적에 맞는 계산 효율성을 확보하기 위해 동축 와류형 분사기는 RANS 기반의 2차원 축대칭 선회 유동으로 해석하였으며, 실험 결과가 존재하는 비연소 동축선회 제트 유동을 통해 예측정확도를 검증하였다. 실제 고압 연소를 수반하는 동축 와류형 분사기의 경우, 기존의 RANS 모델은 급격한 밀도 구배가 수반되는 선회 막 유동의 혼합층에서 과도한 난류확산을 야기하였으며, 난류모델의 수정을 위해 보다 심도 있는 연구가 필요할 것으로 판단되었다.

• 대한기계학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.501-508
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• 1987

본 연구에서는 입자발생 장치를 유동층(fluidized bed)을 이용하여 만들었고 이것에 의해서 고온의 연소가스속으로 입자가 공급되므로, 종래의 초음파입자 발생기 나 오리피스진동입자 발생기등에서 일어나는 호학반응 및 입자상호간의 응집(coagul- ation)현상등을 되도록 없게 하여 순수한 구형입자에 대한 입자부착 효과를 볼 수 있 게 함으로써, 부착기구의 이해와 해석등을 한층 유리하게 한다. 그리고 공급되는 입 자의 크기의 범위를 직경 0.2$\mu\textrm{m}$~30$\mu\textrm{m}$ 정도로 광범위하게 다루어 비교적 간단하고 잘 정의된 층류 유동에서, (1) 미세입자의 경우 실시간(real time) 레이져 광반사법에 의 한 입자부착률의 온도구배 및 농도에 대한 효과를 실험하고, (2) 입자의 Counting/Si- zing 법에 의하여 입자크기에 따른 열확산 효과 및 관성충돌 효과 등을 볼 수 있게 한 다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제17권1호
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• pp.34-44
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• 1985

본 연구의 주목적은 (1) 전극의 모양, 크기 및 재질, (2) 유동형태, 그리고 (3) 유전경계 (dielectric boundray)에 대한 전극의 상대적 위치 등이 캐패시턴스변환기를 이용한 기포율 측정과 유동영역 결정에 어떠한 영향을 미치는가를 연구하는 데에 있다. 실험 결과로부터 정적인 상태하에서 annular flow와 층류계 (stratified flow system)에 대하여, 측정한 상대 캐패시턴스(relative capacitance)와 기포율과의 상관 관계를 구하였다. 그리고, 이 결과를 이론적 예측치와 비교하였다. 이 연구 결과로부터 다음과 같은 결론을 얻었다. 즉 (1) annular flow와 stratified flow의 경우 모두 strip-type의 전극이 ring-type의 전극보다 더 민감하다. (2) 전극의 크기는 상대적 캐패시턴스 대 (1-$\alpha$)곡선에 아무런 영창을 미치지 않는다. (3)전극의 위치는 stratified flow에 대해서는 중요하나 annular flow에 대해서는 아무런 영향이 없다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.61-61
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• 2021

온도 성층화는 많은 저수지와 댐에서 흔히 발생하는 현상으로 호수나 저수지의 표면 온도가 바닥보다 상대적으로 높아 깊이에 따른 열 구배를 나타낸다. 이러한 온도 성층화 현상은 여름철과 같이 상부와 하부의 온도 차가 클수록 안정적이게 나타나며 이러한 층화 현상으로 수직 확산이 제어되어 수질에 영향을 미친다고 알려져 있다. 따라서 댐이나 호수 등 층화 현상이 심한 유체 내부 바닥에 물순환장치를 설치하여 외부로부터 공기를 끌어와 하부에서 공기를 분출하여 온도 성층을 약화시키기도 한다. 물순환 장치를 설비하면 수체의 혼합이 용이해지며 물질전달이 개선되어 수질이 향상된다. 국내의 경우 대청댐, 보령댐, 영주 댐 등 많은 국내 댐 내부에 물순환장치가 설비되어있다. 본 연구에서 댐의 물순환장치의 성능을 파악하기 위해 산기식 물순환 장비가 설치되어있는 영주댐을 연구 대상 지역으로 잡았다. 연구지역의 계절별 성층구조 및 특성을 조사하기 위해, 봄, 여름, 가을 영주댐에 방문하여 관측 자료를 취득하였으며 물순환 장치는 봄철의 경우만 가동하였다. 봄철의 물순환 장치 가동 전후 관측 데이터를 바탕으로 수치모형실험을 실행하여 관측 결과와 비교 및 검증하였다. 이를 바탕으로 여름, 가을에 물순환장치를 가동하였을 경우 댐 내부 수체의 혼합과정을 살펴보는 연구를 진행하였다. 본 연구는 CFD (Computational Fluid Dynamic) 시뮬레이션을 수행하기 위해 오픈 소스 소프트웨어 OpenFOAM(version 4.0)에서 열 전달이 포함되어있는 비압축성 VOF 솔버를 사용하였다. 본 솔버는 물과 공기를 동시에 나타낼 수 있으며 온도의 확산 방정식을 포함하고 있다. 또한 유동해석 수행 시 사용한 물순환장치의 효울은 실제 장치의 효율과 동일하다. 본 연구의 목표는 다음과 같다. (1) 관측만으로 파악하기 어려운 수체의 혼합거동을 유동해석 자료를 통해 면밀히 살펴보고 (2) 봄철 물순환 장치가 작동하기 전후 자료를 바탕으로 여름 및 가을철 물순환장치 가동 전후 데이터를 유동해석 자료로 취득한다. (3) 또한 물순환장치 가동 전후 데이터를 통해 계절별 혼합 효율을 취득한다.

• 에너지공학
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• 제20권3호
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• pp.242-251
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• 2011

수직 원형관 내부의 자연대류 열전달 현상이 상 하단 마개 유무 그리고 마개의 가열 및 단열조건에 따라 어떻게 변화하는지 $Ra_{Lw}$ 수 $9.26{\times}10^9\sim7.74{\times}10^{12}$의 범위에 대해 실험적으로 연구하였다. 상사성의 원리를 이용하여 열전달 실험을 대신하여 황산-황산구리 수용액의 전기도금계를 이용한 물질전달 실험을 수행하였다. 실험결과, 수직 원형관의 위와 아래가 열린 경우 자연대류 열전달은 기존의 수직평판에 대한 그것과 일치하였고 상 하단 마개의 영향 따른 열전달의 변화는 Krysa 등, Sedahmed 등과 Chung 등이 실험한 현상과 일치하였다. 구리 마개를 사용한 경우 측정된 열전달은 층류와 난류영역에서 원형관의 아래만 막혔을 때가 가장 높게 측정되었고 다음으로는 위와 아래가 모두 막힌 경우, 위만 막힌 경우 그리고 위와 아래가 모두 열린 경우의 순으로 열전달이 변화하였다. 한편, 아크릴 마개를 사용한 경우에는 그 경향은 비슷했지만 위와 아래가 모두 열린 경우가 위만 막힌 경우보다 열전달이 높았다. 구리 마개를 사용한 경우 아크릴 마개보다 열전달이 높았다. 이는 서로 다른 가열벽면에서 발생된 유동의 상호작용에 기인하였기 때문인 것으로 판단된다. 본 실험을 통하여 기존연구보다 확장한 유동영역과 기하구조에 대하여 열전달의 영향을 관찰하였고, 층류와 난류영역에 대한 자연대류 열전달 상관식을 제시하였다.

• 태양에너지
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• 제12권3호
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• pp.70-83
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• 1992

본 연구에서는 개방된 정사각형 공간안에 일정한 열유속을 방출하는 발열체가 존재할 때, 부력과 표면복사를 고려한 혼합대류특성을 수치적으로 연구하였다. 본 연구의 대상인 유입구를 통해 유체가 흘러들어와서 다시 유출구로 나가는 정사각형공간은 공냉식 전자장비를 모사한 것이다. 이러한 공간안에 존재하는 발연체는 전자칩과 같은 발열성 전자부품을 나타낸다. 본 연구에서 채택한 모델의 크기는 높이 X 넓이가 $0.1[m]{\times}0.1[m]$이며 공간내부는 2차원 층류유동으로 간주하였다. 공기의 유입속도는 0.07[m/s]이고, 유입온도는 $27^{\circ}C$이며, 유입구의 위치는 일정한 위치에 고정되어 있다. 주요 변수로는 발열체의 열유속, 유출구의 위치, 발열체의 위치, 그리고 벽면이 방사율을 선택하였다. 본 연구에서는 외부로부터 유입되어지는 찬공기와 발열체에 의해서 부력의 상승하는 뜨거운 공기의 혼합에 의한 유동특성 및 열전달특성을 복사를 고려하여 고찰하였다. 결과로써 가장 열전달이 활발한 발열체의 위치는 바닥의 좌측벽으로부터 0.075[m]일때이다. 이러한 연구는 실제적으로 전자부품 같은 것의 효율적인 냉각목적에 적용되어질 수 있다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권6호
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• pp.23-31
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• 2018

본 연구는 BET 기법을 이용하여 멀티콥터에 사용되는 프로펠러 두 종류의 정지 비행 시 추력과 토크를 계산하였다. 3차원 형상 측정 장비로 프로펠러의 형상 정보를 추출하였으며 CATIA를 이용하여 에어포일의 단면 형상 데이터를 획득하였다. 추출된 에어포일 형상과 RPM 변화를 고려한 유동조건에 따른 양력 및 항력을 EDISON CFD를 활용하여 구한 다음 BET 기법을 이용하여 추력을 예측하였다. 이때 층류와 난류 두 조건에 대해 계산하여 그 결과를 비교하였다. 계산된 추력 결과를 제작사에서 제공하는 성능 데이터와 JavaProp 프로펠러 성능 예측 소프트웨어의 결과와 비교하였다. 추력의 경우, 9인치 프로펠러의 경우 제작사에서 제공하는 성능은 완전 난류 조건의 결과와 층류 조건 결과의 중간 값에 해당되었으며, 16인치 프로펠러의 경우 난류유동 조건 결과와 근사한 결과를 얻을 수 있었다. 토크는 두 모델 모두 예측값과 제작사의 성능 데이터와 큰 차이를 보였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권6호
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• pp.662-669
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• 2015

해저 석유생산시스템에서 빈번히 발생하는 왁스집적 문제는 안정적인 석유 생산을 방해하고 높은 비용을 발생시키므로 왁스집적 제어에 대한 관심이 증가하고 있다. 왁스집적 제어를 통한 석유의 유동안정성 확보를 위해서는 왁스집적거동을 신뢰성 있게 예측해야 한다. 이 연구에서는 왁스집적 거동에 큰 영향을 미치는 분자확산, 전단응력효과, 왁스경화 메커니즘을 시뮬레이션 기술에 적용하여 불확실도가 높은 변수인 전단응력계수, 왁스고형물의 공극률, 왁스 열전도도, 분자확산계수와 물과 가스 양이 왁스집적 거동에 미치는 영향에 대한 분석을 단상과 다상 유동 시 층류 유동 조건에서 수행하였다. 그 결과 왁스고형물의 공극률과 분자확산계수가 높아질수록, 전단응력계수가 낮아질수록 왁스집적 두께가 두꺼워지는 것을 확인할 수 있었고 석유의 온도가 왁스집적 위치에 주요하게 영향을 미치는 것으로 판단된다. 물의 양에 따른 왁스집적 시뮬레이션 결과 기존 연구에서 다소 다른 결과들이 존재하나 이 연구 조건에서는 물의 양 40%까지 왁스집적량이 증가하다 감소하는 것을 확인하였고 가스 양이 많아질수록 유체의 액상 내 가벼운 탄화수소 농도 감소로 인해 왁스집적량이 증가하는 것을 파악하였다. 이 연구결과는 향후 현장 또는 현장을 모사한 실험시스템에서의 결과와 시뮬레이션 결과를 매칭하여 해저 유동관에서 왁스집적 거동을 예측하는데 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 사료된다.