• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.95-103
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• 2007

본 논문에서는 포화된 다공성매체에서 파동의 전파속도와 감쇠를 구할 수 있는 해석적 이론해를 유도하여 제시하였다. 이론해의 유도를 위하여 압축성의 고체입자와 간극수를 고려하는 완전 연계 Field모델을 사용하였다. 완전 포화된 다공성 매체의 해석을 위한 공학적인 접근방법이 채택되었으며, 균질 영역에서 1차원 파동의 전파를 위한 이론해가 유도되었다. 본 논문에서 유도한 이론해는 고체입자의 압축성, 간극수의 압축성, 다공성입자의 변형, 공간의 감쇠(Spatial damping) 등을 고려할 수 있어 매우 다양하게 사용될 수 있다. 또한 다양한 지반체에서 두 가지 종류의 파속(Wavespeed)과 감쇠계수를 계산하는데 이용 가능하다. 본 논문에서 제시한 이론해를 전산코드화하여 파동의 전파속도와 감쇠에 대한 파라미터연구를 수행한 결과는 본 연구의 II부에 제시할 예정이다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제2권3호
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• pp.81-88
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• 2001

다공질 매체의 거동은 선형 열역학적 다공 탄성 거동, 선형 다공 점성-탄성 거동, 다공소성 거동, 그리고 다공 점성-소성 거동 등으로 모형화가 된다. 또한 시간에 따라 그 거동 양상이 복합적인 형태를 띈다. 다공질 매체는 간극 속의 구성물들이 서로 상대속도를 가지며 상호 작용을 하기 때문에 coupling 효과를 고려한 다공질 매체의 변형 거동에 대한 구성모델의 개발이 필수적이다. 본 논문에서는 균질하고 등방성을 가진 재료들로 이루어진 다공질 매체의 3차원적인 거동을 포화도에 따라 완전 포화시와 부분 포화시로 나누어 연속체 다공 역학의 뼈대 위에 지배방정식들을 구한다. 또한 다공질 매체의 거동을 이해하고 해석할 수 있는 구성모델을 개발할 수 있는 토대를 마련한다. 본 연구가 확장될 경우 다공질 매체의 정확한 거동 해석과 변형량 예측이 이루어질 수 있을 것이다. 특히 도시 고형화 폐기물 매립지반의 3차원적인 거동을 해석할 수 있는 기초가 마련되어 비균질하고 이방성을 가진 재료들로 이루어진 다공질 매체 지반의 활용이 활발하게 이루어 질 것으로 기대된다.

• 공업화학
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• 제10권1호
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• pp.160-165
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• 1999

Gel 표준 물질의 핵자기 공명적 완화 성질들이 다공성 매체내 유체의 핵자기 공명적 완화 성질들과 잘 부합될 수 있기 때문에, agarose gel은 다공성 매체내 유체의 성질을 측정하기 위한 표준 물질로 사용될 수 있다. 다공성 매체의 세공도(porosity)와 포화도(saturation)를 결정하기 위한 표준물질의 사용을 논의하였고, gel의 핵자기 공명적 성질에 대한 필요조건들도 제시하였다. 2.0 Tesla에서 측정된 agarose gel의 완화시간은 agarose 농도와 상자기성 불순물의 ($CuSO_4$) 농도 함수로 표시하였고, agarose gel 조성과 완화시간 사이의 실험적 결과를 나타내었다. 세공도 분포에 대한 평균값은 17.7%이고, 이 값은 중량 분석법에 의해 계산된 값과 잘 일치한다. 끝으로, agarose gel을 표준 물질로 사용한 비혼화성 2상 유체실험을 수행하였다. 포화 profile들은 균일한 다공성 매체내에서 일차원 치환실험을 했을 때 계산된 결과와 잘 일치하고 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.191-206
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• 2007

본 연구의 I부에서 유도된 포화된 다공성매체의 파동 전파속도와 감쇠에 대한 이론해를 전산코드화 하였다. 본 논문에서는 작성된 전산코드를 사용하여 파동의 전파속도와 감쇠에 미치는 외력 주파수의 영향과 재료특성치의 변화의 영향을 파악하기 위한 파라미터연구를 수행하였다. 첫 번째 형태의 파동에 대한 압축성 파동 속도는 주파수-투수성 곱이 증가함에 따라 파동속도가 하한치로부터 상한치로 변이하는 영역에서는 주파수-투수성 곱의 함수로써 변화함을 보여주었다. 또한 파동의 전파속도 변화율이 가장 클 때 감쇠값이 최대가 됨을 알 수 있었다 두 번째 형태의 파동에서 파동의 전파속도는 주파수-투수성 곱이 작은 값을 가질 때 거의 0값을 나타내며, 주파수-투수성 곱이 큰 값을 가질 때 상한값을 나타냄을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.376-376
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• 2023

전 세계적으로 중요한 담수 자원인 지하수의 미세플라스틱 오염에 대한 우려가 커지고 있다. 지하수 환경에서 미세플라스틱의 오염을 예측하고 평가하기 위해 대수층 내 현장 실태조사가 수행 중에 있으며, 실험실 규모의 컬럼 실험을 통해 지하수에서 미세플라스틱 이동 메커니즘을 조사하는 연구들이 수행되고 있다. 이러한 연구들은 많은 개수의 분석 시료를 동반하며, 환경 중 미세플라스틱 정량분석을 위해서 고가의 분석기기(라만분광기, 푸리에 변환 적외선(FTIR) 분광기, 열분해 가스크로마토그래피 질량분석기)를 사용하여 플라스틱의 종류를 판별하고 개수를 측정하고 있다. 또한, 컬럼 실험을 수행한 대부분의 선행 연구에서는 미세플라스틱 정량분석을 위해 탁도 분석, 분광광도계를 이용한 흡광도 분석, 현미경을 이용한 계수 방법 등을 이용하여 고가의 분석기기를 사용하지 않고 연구를 수행하였다. 하지만, 이러한 방법들은 유체 속 다른 물질이 포함되어있을 경우에 민감하고 농도를 비율 혹은 개수로 표현하기 때문에 질량 측면에서 미세플라스틱의 농도를 과소·과대 평가할 수 있다. 특히, 현미경을 이용한 계수 방법의 경우에는 분석에 많은 시간이 소요된다는 단점이 있다. 위에 언급한 다양한 분석법들의 단점들을 보완하기 위하여, 본 연구에서는 대수층 내 미세플라스틱 이동 특성을 규명하기 위한 실내 실험에 사용될 수 있는 형광이미지 기반의 미세플라스틱 정량분석법을 개발하였다. Nile Red 형광염료를 이용하여 미세플라스틱을 염색하고 사진을 촬영하여 미세플라스틱 시료의 질량과 미세플라스틱 형광이미지의 형광강도 간 상관관계를 분석하였다. 또한, Nile Red로 염색된 미세플라스틱 입자의 수중 노출 테스트를 진행하여, 실내 대수층 모의실험 시 미세플라스틱 질량을 정량화할 수 있는 적용 가능성을 평가하였다. 상관 분석 결과, 미세플라스틱 질량과 이미지의 형광강도는 높은 상관관계를 보였으며, 수중 노출 실험 전과 후의 미세플라스틱 입자의 형광강도 차이는 미미한 것으로 나타났다. 이러한 연구결과를 통해 본 연구에서 개발된 미세플라스틱 정량분석 방법이 포화 다공성 매체로 구성된 컬럼실험 시 유출수의 미세플라스틱 질량 추정에 유용하게 사용될 것으로 생각되며, 대수층 내 미세플라스틱의 이동 특성 규명 연구에 많은 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제13권1호
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• pp.5-18
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• 1997

일반적으로 포화지반의 동적거동을 정확히 예편하기 위해서는 다공성(multi-phase) 재료모델과 그 모델을 이용하는 수치해석 프로그램의 개발이 필요하다. 본 논문에서는 높은 동하중을 받는 다공질 재료의 이론적인 거동해석 연구결과와 함께 기존 MPDAP(multi-phase dynamic analysis program)에 JWL(Jones-Withins-Lee) 모델을 삽입시켜 개발한 MPDAP에 대해 다루었다. JWL모델은 기존 모델과는 달리 폭약의 종류 및 특성 등을 고려할 수 있는 모델이다. 또한 본 논문에서는 개발된 프로그램의 적합성을 조사하기 위하여 몇몇 예제에 대한 검증해석을 수행하였다. 검증결과, 단일매체 (single-phase medium)에서의 탄성구형파의 전파특성 해석의 경우 해석결과와 이론해는 거의 일치하는 결과를 나타내었고, 일차원 선형 압밀해석의 경우과잉 간극수압은 Terzaghi의 이론해와 해석된 결과가 비교적 일치하는 경향성을 보여 주었다. 또한 포화지반에서의 평면 압축파 해석의 경우도 해석결과와 이미 검증된 프로그램 또는 완전해의 해석결과는 거의 유사하게 나타나는 것을 알 수 있었다.

• 지질공학
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• 제19권2호
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• pp.205-215
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• 2009

지표하 다공성매체에서 비정상상태의 유동을 해석하기 위한 종래의 수치적 모형들은 초기 건조한 토양으로의 강우로 인한 침투와 같은 한계적인 유입경계조건인 경우에 국지적 유동영역으로 인해 수치적 진동 및 불안정성을 초래한다. 이러한 경우 주로 공간적으로 세분된 격자와 작은 계산시간 간격을 요구하는데 이는 계산의 효율성을 떨어뜨린다. 따라서 본 연구에서는 유입 경계조건을 포함하는 비정상 상태의 지표하 유동해석을 위해 입자추적 알고리즘을 적용하여 불연속영역에서의 수치적 불안정성을 제거하고자 하였다. 즉, 수치적 안정성이 개선된 혼합 LE 유한요소기법을 제시하였다. 제시된 모형의 수치적 검증을 위해 비정상 균일 유동장과 불균일 유동장의 가상예제에 적용한 결과 해석해와 유사한 결과를 얻을 수 있었고 이를 토대로 함양 및 양수에 대한 3차원 가상유역 모의에 적용되었다. 본 연구에서 제시한 입자추적 알고리즘은 포화 및 불포화 다공성 매체의 유동을 보다 실질적으로 모의할 수 있으며 계산의 정확성 및 안정성에 크게 기여할 것으로 판단되었다.

• 자원환경지질
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• 제54권1호
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• pp.105-115
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• 2021

대규모로 포집된 이산화탄소를 고갈된 석유·가스 저류층, 대염수층과 같은 심부 지질구조에 주입하는 이산화탄소 지중저장은 대기중 CO2 배출을 저감하기 위한 가장 유망한 기술 중 하나로 연구되고 있다. 이산화탄소 지중저장은 공극수로 포화된 다공성 지질 구조 내부로 초임계상 이산화탄소를 주입함으로써 그 흐름이 공극수와 비혼성 대체를 일으키며 진행된다. 따라서, 공극 구조 내에서 초임계상 이산화탄소와 공극수의 거동과 분포, 그리고 그 결과로 나타나는 대체효율은 두 유체의 상호작용에 의해 좌우되는데, 특히, 점성력과 모세관력은 지질 구조 내부의 환경 조건과 주입 조건에 의해 결정된다. 본 연구에서는 상온상압조건에서 대체유체를 수적법에 적용하여 고온고압조건에서 계면활성제가 초임계상 이산화탄소와 공극수 간 계면장력에 미치는 영향을 산정하였다. 또한, 다공성 매체 내에서의 비혼성 유체의 거동과 분포 양상을 관찰함으로써 계면활성제 농도가 초임계상 이산화탄소의 대체율에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위하여 초임계상 이산화탄소와 공극수의 대체 유체로서 헥산과 탈이온수를 적용하는 마이크로모델 실험을 수행하였으며, 공극 구조 내로의 헥산 주입에 의한 탈이온수의 대체 과정을 정량적으로 분석하기 위하여 이미징 시스템을 통해 두 유체의 비혼성 대체 양상에 관한 이미지를 확득하여 분석하였다. 실험의 결과는 계면활성제의 첨가는 낮은 농도에서도 헥산과 탈이온수 간 계면장력을 급격하게 감소시키며 이후 농도가 증가함에 따라 일정한 값에 접근하는 양상을 보여주었으며, 이러한 변화는 다공성 매체 내부의 공극 규모에서 진입 유체의 흐름 경로에 직접적인 영향을 미침으로써 평형 상태에서 헥산의 대체율에도 동일한 효과를 나타내는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 다공성 매체 내에서 일어나는 비혼성 유체의 대체에 관한 중요한 정보를 제공하며, 계면활성제의 적용이 이산화탄소 지중저장의 효율을 향상시킬 수 있는 가능성을 보여주었다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제21권1호
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• pp.104-110
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• 2016

The transport of silver nanoparticles (AgNPs) was investigated through a column packed with sand. A series of column experiments were carried out to evaluate the effect of ionic strength (IS), pH, electrolyte type and clay mineral on mobility of polyvinylpyrrolidone-coated silver nanoparticles (PVP-AgNPs). The deposition of PVP-AgNPs was increased with increasing solution ionic strength and decreasing pH. Furthermore, the depositon of PVP-AgNPs was affected by the electrolyte type (NaCl vs. NaNO₃) and was shown to be greater at NaNO₃ solution. Also, the transport of PVP-AgNPs was greatly increased after the pre-deposition of clay particles on sand. Our results suggest that various environmental factors can influence the mobility of PVP-AgNPs in soil-groundwater systems and should be carefully considered in assessing their environmental risks.

• 자원환경지질
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• 제52권1호
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• pp.37-48
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• 2019

이산화탄소 지중저장 수행 중 저류층 내부에서 나타나는 비혼성 유체의 대체 과정은 다공성 매체의 공극 표면에 대한 각 유체의 습윤 특성에 따라서 배수(drainage)와 흡수(imbibition)로 구분되는데, 각 과정 동안 나타나는 비혼성 유체 간의 거동 및 포획 양상을 이해하는 것은 주입 효율성 및 저장 안정성을 평가하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 다공성 매체 내 주기적인 배수와 흡수 과정의 수행을 통해 공극 구조 내 비혼성 유체의 거동 양상 및 분포의 변화를 분석하고자 하였다. 이를 위하여 2차원 마이크로모델 내부로 이산화탄소와 공극수의 대체 유체로서 선정된 헥산과 탈이온수를 주기적으로 교차 주입하는 실험을 수행하였다. 관측 결과를 이용하여 각 유체 주입 과정에서 나타나는 두 비혼성 유체의 거동 양상을 비교 분석하고, 잔류 유체의 포화도를 산정하였다. 분석의 결과로서 헥산과 탈이온수의 잔류 포획 유형을 기작에 따라 습윤성(wettability), 모관압(capillarity), 막다른 공극(dead end zone), 포위(entrapment) 그리고 우회(bypassing)로 구분하였다. 또한, 교차 주입이 거듭됨에 따라 공극 구조 내에서 주입 유체의 흐름 경로는 주 흐름 경로(main flow channel)를 중심으로 단순화되었으며, 이로 인하여 주입 유체의 대체 효율은 일정한 값으로 수렴하였다. 실험적 관측과 분석의 결과는 실제 이산화탄소 지중저장 환경에서 습윤성-비습윤성 유체의 주기적인 교차 주입이 야기하는 저장층 내 비혼성 유체의 거동과 분포, 그리고 주입 유체의 대체 효율을 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.