• 한국방재안전학회논문집
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• 제10권1호
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• pp.1-10
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• 2017

근래에 들어 증가하고 있는 도심지 지반함몰 사고는 사회적 이슈가 되고 있으며 이로 인해 최근 관련 법안이 발의 되었다. 지반함몰은 수많은 원인인자들의 복합적 작용으로 발생하므로 수치해석적 기법의 적용에 한계점이 존재한다. 이로 인해 지반함몰 메커니즘 규명 연구는 주로 모형실험을 이용하여 진행되었다. 선행 연구들은 상하수도관 파열로 인한 지반함몰 모사에 초점이 맞추어져 있으며, 지하수 흐름, 지반 굴착공사 등 다양한 원인에 의해 발생하는 지반함몰에 대한 연구가 부족한 실정이다. 또한 기존 수행된 대부분의 모형실험은 1 g 상태의 모형실험이며, 지반함몰 메커니즘 평가 시 지반의 현장 구속응력을 고려할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 모형실험을 이용한 지반함몰 거동 평가에 대한 선행 연구동향들을 고찰하여 보다 다양한 환경 조건을 모사할 수 있는 기법들에 대해 논의하였다. 또한 본 연구에서는 더 신뢰성이 있는 지반함몰 메커니즘 평가 기법으로서 원심모형실험기법을 제시하였다. 마지막으로 본 연구에서는 지반안정성평가에 지반함몰 메커니즘에서 사용한 모형실험 기법을 적용할 것을 제시했다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권8호
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• pp.5-19
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• 2012

준설매립지반 설계시 압밀 소요시간 단축을 위해 연직배수공법와 선행재하공법등의 연약지반 개량공법을 주로 적용한다. 준설매립지반의 자중에 의한 압밀이 완료되기까지는 많은 시간이 소요되므로 공사비 절감, 공기단축의 이유로 연약지반 개량공법은 일반적으로 자중압밀 도중 적용된다. 본 논문에서는 준설매립지반에서 연직방향으로 자중압밀이 진행되는 도중 연직배수재 타설에 의해 방사방향의 흐름이 추가로 발생하는 경우의 압밀거동 예측을 위하여 자중압밀을 고려한 2차원 축대칭 비선형 유한변형 압밀 지배방정식과 이를 적용하기 위한 수치모델(Axi-Selcon)을 개발하였다. Axi-Selcon의 검증과 자중압밀 도중 연직배수재가 타설된 준설매립지반을 모사하기 위해 일련의 실내시험을 수행하였다. 이를 위해 연직배수재가 타설된 준설매립지반을 모사하는 대형자중압밀 시험기를 고안하였다. 모델의 추가적인 검증을 위하여 기존에 제안된 간편 해석법을 적용한 결과와 Axi-Selcon의 해석결과와 비교하였다. 마지막으로, Axi-Selcon을 적용하여 가상의 대심도 준설매립지반의 거동을 예측하였다. 이와 같은 일련의 모델 검증과정을 통해 본 논문에서 개발된 Axi-Selcon은 자중압밀 도중 연직배수재 타설과 선행재하공법이 적용될 경우에 대한 초연약 준설매립지반의 압밀 거동을 적절히 예측할 수 있음을 보였다.

• 청정기술
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• 제20권4호
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• pp.398-405
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• 2014

수명이 도래한 고에너지물질의 처리를 위해 환경오염 및 안전성, 처리용량 등을 고려해야 하며, 현재 가장 주목 받고 있는 처리방식은 소각처리공정이다. 그러나 처리대상 고에너지물질의 종류가 매우 다양하고, 특성 또한 다르기 때문에 범용적 기술개발이 힘든 실정이다. 본 연구는 상세 수학적모델링 및 동적모사를 통하여 가장 널리 사용되는 고에너지물질의 하나인 고폭약(research department explosive, RDX)을 플러그흐름반응기(plug flow reactor, PFR)에서 소각 시 반응기 내부의 물리-화학적 변화를 예측하였다. 본 연구에서 사용된 RDX반응은 263개의 상세한 기초반응식으로 이루어져 있으며 43개의 성분이 반응에 관여한다. 모사결과 반응기 내부온도를 제어하여 RDX의 민감성을 통제할 수 있었다. 반응기 내부온도를 1,200 K로 유지 할 때 RDX는 분해반응만 일어나 폭발과 같은 큰 에너지 방출을 막을 수 있었으나 공급되는 열원이 높아져 1,300 K이상 반응기 온도가 증가 시에는 3,000 K 이상의 온도상승을 수반하는 발화반응이 일어났다. 본 연구를 통하여 반응기의 운전온도변화에 따른 RDX반응 특성을 제시함으로써 효율적인 RDX소각로 공정설계 및 운전에 기초가 될 것으로 사료된다.

• 터널과지하공간
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• 제33권4호
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• pp.228-243
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• 2023

벤토나이트는 팽윤 능력과 낮은 투수율 등의 유리한 특성으로 인해 고준위방폐물처분장에서 완충재로 널리 인정받고 활용되고 있으며, 낮은 투수율로 인해 방사성 핵종이 주변 암반으로 이동하는 것을 효과적으로 방지하여 방사성 폐기물의 안전한 처분을 보장하는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 벤토나이트 완충재의 장기적인 성능은 여전히 지속적인 연구의 대상으로 남아 있으며, 주요 우려 사항 중 하나는 벤토나이트의 팽윤과 지하수 흐름에 의한 완충재의 침식이다. 벤토나이트 완충재의 침식은 완충재의 무결성을 손상시키고 지하수를 통한 방사성 핵종의 이동을 촉진할 수 있는 콜로이드 형성을 초래하여, 결과적으로 방사성 핵종 이동 위험을 높임으로써 처분장 안전에 중대한 영향을 미칠 수 있다. 따라서 벤토나이트 완충재의 침식 메커니즘과 침식 정도를 수치 해석적으로 정량화하여 장기적인 벤토나이트 완충재의 성능 및 콜로이드 형성 정도를 평가하는 것이 고준위방폐물처분장의 안전성 평가에 매우 중요하다. 본 기술 보고에서는 동적 벤토나이트 확산 모델을 기반으로 거동이 유사한 영역을 두 개로 분류하여 벤토나이트의 균열 침투 및 콜로이드 형성을 모사할 수 있도록 제안된 모델인 Two-region 모델을 소개하였으며, 이 모델을 이용해 벤토나이트 완충재 침식 정도를 정량적으로 평가하였다.

• 전기화학회지
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• 제26권4호
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• pp.43-55
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• 2023

나노포어와 같은 다공성 나노구조물은 물질전달 기초연구뿐만 아니라 수처리, 에너지 변환, 바이오센서 등 다양한 응용 가능성으로 현재 큰 주목을 받고 있다. 초기연구는 수백 나노미터 지름의 포어를 이용한 양/음전하 선택성 물질전달에 주로 집중되었고 현재는 수 나노미터 또는 그 이하의 나노포어를 통한 다기능성 물질전달 시스템이 보고되고 있다. 대표적으로 특정 표적물질(target)과 특이적 결합을 할 수 있는 수용체(receptor)를 포어 내벽에 고정하여 바이러스, 분자, 이온까지 다양한 크기와 성질을 가지는 물질을 선택적으로 수송, 검출할 수 있는 생체모사형 스마트 나노포어 구현 사례가 증가하고 있다. 이와 더불어 생체채널 메커니즘에 기인하여 소수성 나노포어에 전기장, 빛과 같은 외부 자극을 통해 물질전달을 on-off 밸브 형태로 흐름을 능동적으로 제어하는 나노포어도 최근 특히 주목을 받고 있다. 이번 총설에서는 나노포어의 크기(지름, 길이, 구조형태 등), 포어 내벽의 물리화학적 성질을 조절하여 특정 전하, 분자, 이온을 선택적으로 수송 및 제어할 수 있는 나노포어 기반 물질전달 조절 시스템에 관한 동향을 알아본다. 더불어 이를 기반으로 최근 보고된 응용 연구 사례도 함께 소개한다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제6권2호
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• pp.69-81
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• 2001

매질에서 불혼합성인 물과 가스의 동시거동 해석을 위해서는 모세관압, 포화도, 상대투과계수의 구성관계가 선결되어야 한다. 그러나 모세관력이 무시될 수 있는 흐름에서는 점성마찰력이 흐름을 지배하게 되고 포화도와 상대투과계수의 구성관계가 상대적으로 중요하게 된다. 본 연구에서는 압력에 따른 점성의 변화와 포화도에 따른 상대투과계수의 변화를 절리간극의 크기별로 고려할 수 있는 2차원 유한차분 수치모형을 개발하였다. 수치모형에 이용할 상대투과계수 특성식은 일곱가지의 간극크기별 평판모형실험으로부터 구하였다. 실험으로부터 도출된 포화도와 상대투과계수 관계곡선은 기존의 경험식으로는 표현되기 어려웠으며, 따라서 새로운 경험식으로 로지스틱 방정식을 제시하였다. 이 방정식은 간극의 크기가 포함된 매개변수를 사용하였기 때문에 임의의 절리 간극크기의 적용이 가능한 형태이다. 수치모형의 검증을 위해서 상대투과계수 특성식을 수치모형에 적용하여 가스의 이동을 해석한 후, 모형실험 결과와 비교하였다. 수치모형의 현장적용성을 검토하기 위하여 지하 LPG 저장공동에 인접한 단일절리에 적용한 결과, 지하수와 프로판가스의 동시거동을 적절히 모사할 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.133-141
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• 2007

굴착손상영역(EDZ)은 굴착으로 인해 현지 암반이 역학적으로 손상을 입게 되어 응력상태, 변위상태, 암반의 안정성, 지하수의 흐름상태 등에 변화가 일어나는 영역을 의미한다. EDZ의 역학적 특성과 관련한 많은 연구들이 수행되었지만, EDZ에서의 지하수 유동 특성에 관한 연구는 아직 부족한 수준이다. 따라서 본 연구에서는 굴착으로 인해 굴착면 주변의 수리적 간극이 늘어나는 영역을 산정하여 '수리적 굴착손상영역'이라 정의하고 이를 위해 수리-역학적 상호작용(coupling)해석을 수행하였다. 이는 개별 불연속면 망의 생성을 통한 역학적, 수리적 변화의 모사가 가능한 개별요소법(discrete element method; DEM)을 이용하여 수행하였다. 이를 통해 EDZ에서 지하수의 흐름에 영향을 미치는 각종 조건들(불연속면의 간극, 불연속면 군의 방향, 불연속면 군의 길이, 불연속면의 각도 등)의 변화와, 응력분포, 지하수의 유동 등으로 인해 수리적 간극 값이 어떻게 변화하는지를 파악하였다. 이 결과를 토대로 수리적 간극이 커지는 영역, 수리적 EDZ를 공동 주변의 불연속면 방향에 수직 방향으로 존재하는 타원형의 형태로 모델링 하였다.

• 멤브레인
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• 제24권3호
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• pp.223-230
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• 2014

바이오가스로부터 폴리설폰 분리막을 이용한 메탄 농축 특성을 수치해석 방법으로 분석하였다. 향류 흐름 분리막 공정의 지배 방정식을 유도하고 무차원화 한 후 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어을 이용하여 공정모사하였다. 공급 기체의 메탄 몰분율이 0.5인 경우 주어진 전형적 운전조건 상태에서 분리막 길이에 따른 잔류 측의 메탄 몰분율은 시점에서 종점으로 이동하면서 0.5에서 0.8로 증가하였으며 공급유량 대비 잔류유량 비율은 1.0에서 0.57으로 감소하였다. 공급 메탄 몰분율을 0.9로 변화시킨 경우 잔류 측의 최종 메탄 몰분율은 0.93으로, 공급대비 잔류유량은 0.91로 증가하였다. 공급 측 압력이 증가하여 투과 측 압력 대 공급 측 압력 비 값이 0.33에서 0.17로 변경될 경우 단 수율이 0.1과 같이 낮은 영역에서는 잔류 측 메탄 농도 변화가 거의 없는 반면, 단 수율이 0.3과 같이 높은 영역에서는 증가함을 확인할 수 있었다. 분리막 면적이 $1.14m^2$에서 $2.57m^2$로 증가되면 단 수율의 변화에도 불구하고 잔류 측 메탄 농도가 비교적 높게 유지됨을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권2A호
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• pp.123-130
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• 2012

증기를 발생시켜 터빈(turbine)을 회전시키는 화력 및 원자력 발전 계통에서 냉각시설은 필수적인 구조물이며, 냉각수 순환 계통은 일반적으로 해수를 취수하여 발전소 내의 복수기까지 유입시켜 증기와 열 교환 후 다시 외해로 배출시키는 형태를 취하고 있다. 최근 냉각수 취 배수 방식을 표층 취 배수 방식이 아닌 심층 취 배수 방식으로 변경하고 있는데, 기존 원전의 재순환 온도에 대한 영향을 최소화 하고, 온배수 방류시 밀도차로 인한 부력으로 온배수 혼합효과를 높여 온배수에 의한 환경피해 범위를 최소화하기 위해서이다. 특히, 하절기에 저층의 저온 냉각수를 취수할 수 있다는 이점 때문에 향후 계획되는 발전소들도 심층 취 배수 방식을 도입할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 원자력 발전소의 냉각시설 중 심층 취 배수 구조물의 입구 주변을 3차원 전산유체역학 코드인 $FLOW-3D^{(R)}$로 모사하여 그 흐름특성을 분석하였다. 취수구(intake)의 경우 연직취수 조건에서 유속 덮개(Velocity cap), 배수구(diffuser)의 경우 방류수의 분사방향에 변화를 주어 모의하였으며, 그 결과 취수구의 경우 유속덮개에 의한 연직 유속성분의 현저한 감소로 인한 어류 유입영향을 최소화할 수 있을 것으로 판단되며, 배수구 희석효과는 Jirka 및 Harleman이 제시한 2차원 온배수 프룸(frume)과 잘 일치 하는 것으로 나타났다.

• 공업화학
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• 제25권4호
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• pp.401-408
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• 2014

분리막 생물반응기에서 산기량 제어는 반응기 내 유체흐름과 특히 막표면 근방에서의 전단응력을 변화시켜 막오염 감소 및 에너지 절약을 구현하는 중요 독립변수 중 하나이다. 본 연구에서는 원통형 생물 반응기 중심에 침지형 평막을 장착하고 하부에서 공기가 공급되는 3차원적 시스템에 대하여 "COMSOL"프로그램을 사용하여 수치해석하였다. 용액의 점도, 온도는 일정하다고 가정했으며 투과액 부피와 산기량의 비인 $SAD_p$를 변수로 사용하였다. 유속센서, 동영상 이미지분석으로 측정한 유속과 수치해석 결과는 11% 이내에서 일치함을 확인하였다. 반응기 내 유체의 흐름은 산기관과 막모듈 구간에서 급격하게 증가하였으나 막모듈을 지나면서 감소하였으며 반응조 벽에서 중심축 방향으로 갈수록 유속이 증가하는 경향을 보였다. 막 표면에서 계산된 전단응력은 하단 중앙부가 가장 크게 나타났으며 산기량이 증가할수록 전단응력이 증가하였다. 특히 산기량을 0.15에서 0.25 L/min로 증가할 경우 크게 증가함을 확인할 수 있었다.