• 대한환경공학회지
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• 제37권1호
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• pp.23-33
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• 2015

본 연구는 물탱크 내부의 사류구역 최소화에 목적을 두고 진행하였으며 입수관의 형태를 개선하여 물탱크 내부에서 발생하는 유동특성을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)모사 기법을 이용하여 분석 하였다. 기존에 물탱크에 사용되던 자유낙하 방식의 입수관을 다공형 스크류 노즐 입수관으로 개선하고 유동 특성을 분석한 결과 노즐 안에 스크류 날개가 설치된 경우 유동흐름의 폭이 넓게 분사 되었으며 원통형 물탱크 내부에서도 넓은 유동 흐름이 나타났다. 또한 사각형 물탱크에 다공형 스크류 노즐 입수관이 1개 설치되어 있을 경우와 2개 설치되어있을 경우의 유동해석과 추적자모의를 수행하였으며 그 결과 입수관을 2개 설치할 경우 MODAL, MORILL index값이 1에 가깝게 나타나 Plug Flow 특성에 근접하단 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국지구과학회:학술대회논문집
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• 한국지구과학회 2010년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.48-50
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• 2010

Stommel(1948)은 서안경계류의 원인이 베타효과($\beta$-effect)라 일컫는 코리올리 파라미터(f)의 위도 변화 때문인 것을 밝혔다. 서안경계류는 고등학교나 대학 교양에서 중요하게 다뤄지고 있다. 학생들은 보통 이론 수업만으로 서안경계류의 발생 과정, 이에 관련된 코리올리 힘, 베타효과 등을 이해해야 한다. 때문에 서안경계류와 관련된 실험이 있다면 이를 이해하는 데 큰 도움이 될 것이다. 또한 연구에서 검토한 6종의 고등학교 지구과학 2 교과서는 서안경계류를 본문과 더불어 삽화로 설명하고 있다. 그러나 이 중 3종의 교과서 삽화에서는 서안경계류의 발생 원인을 코리올리 힘만으로 지적하고 있다. 따라서 일부 학생은 서안경계류의 원인을 코리올리 힘으로 오해 할 수 있다. 위와 같은 이유로 우리는 서안경계류가 코리올리 힘의 작용과 베타효과에 의해 나타나는 것을 쉽게 확인 할 수 있는 실험 장치와 다양한 실험 방법을 개발하였다. 개발한 실험 장치는 직육면체의 수조와 회전 속도를 조절할 수 있는 테이블로 구성된다. (Fig. 1) 이와 같은 회전수조는 대기와 해양의 움직임을 실험실에서 모사하기 위해 자주 사용되었다(Beardsely 1969, 소선섭 등 1995; 1997). 우리의 수조는 경사진 바닥과 평평한 바닥으로 두종류를 제작하였다. 바닥이 경사진 수조는 베타효과를 구현하기 위한 것이다. 반시계 방향으로 회전하는 테이블은 중위도 어떤 위도에 접하는 가상의 평면이 지구 자전에 의해 회전하는 것을 나타낸다. 그리고 수조 상부에는 회전원판을 물에 접하여 시계방향으로 회전시킨다. 회전원판은 북반구 중위도 해양에 작용하는 바람 응력을 나타낸다. 우리는 테이블의 회전유무와 바닥의 경사유무에 따라 4개 실험을 수행하였다(Table. 1). 각 실험에서 물을 채운 수조를 원판에 올려놓고, 회전원판을 작동시킨 후 20분 동안 그대로 두어 수조안의 미세규모의 운동을 최소화 시킨 후 잉크를 떨어뜨리고 관찰하였다. 그 결과 실험 SB_f1은 베타효과와 코리올리 힘이 존재하여 서쪽 경계에서 좁고 빠른 흐름을 만들고 수조의 중간 부근에서 경계를 벗어나 동쪽으로 향하고 있다. 이 모습은 실제 해양의 서안경계류의 분리 현상과 비슷하다. FB_f1은 코리올리 힘만 존재하여 서쪽 경계에서 좁고 빠른 순환과 경계를 벗어나 동쪽으로 분리되는 흐름이 나타나지 않으며 전반적으로 크게 회전하는 모습을 보인다. SB_f0은 바람의 응력만 존재하는 경우로 잉크가 확산하는 모습을 보이며 나선팔의 모양으로 회전하면서 넓게 퍼져나간다. FB_f0의 모양도 이와 비슷하게 나타난다. 실험 SB_f1과 FB_f1을 비교하여 서안경계류는 코리올리 힘의 위도변화 효과인 베타효과가 있을 때 발생한다는 것을 알 수 있다(Fig. 2). 이 결과는 "단순히 코리올리 효과에 의해 서안경계류가 발생한다"는 생각을 바꾸게 할 것이다. 덧붙여 서안경계류 분리와 수조 바닥의 경사의 관계를 살펴보기 위한 실험을 실시하였다. 경사가 더 급하면 ($\alpha=20^{\circ}$) 서쪽 경계를 벗어나는 지점이 좀 더 북쪽에 나타났다. 현재 서안경계류는 개발한 실험 장치와 방법을 학교 현장에 적용하여 그 교육적 활용 가치를 평가하는 연구를 진행하고 있다.

• 터널과지하공간
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• 제31권5호
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• pp.333-359
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• 2021

고준위방사성폐기물 처분시스템에서는 처분용기 인근에서 용기 금속 물질의 부식 등 여러 이유로 인해 수소, 라돈 등의 기체가 발생할 수 있다. 기체 발생 속도가 투수계수가 낮은 벤토나이트 완충재 공극에서의 기체 확산 속도보다 커질 경우, 형성된 기체가 축적된다. 기체 압력이 증가하여 유입 압력에 도달하면 완충재 내부로 기체의 팽창 흐름 및 이류가 발생하게 된다. 기체의 급격한 팽창 흐름 발생 시 방사성 핵종이 완충재 외부로 유출될 가능성이 있으므로, 처분시설의 설계 과정에서 점토 기반 물질에서의 기체 유동의 영향성 및 공학적방벽의 건전성을 평가하기 위해 기체 이동 현상에 대한 거동 특성을 명확하게 규명할 필요가 있다. 전세계적으로 벤토나이트 완충재 내 기체 이동 현상 규명을 위한 실험적 연구와 이를 모사할 수 있는 전산 수치 모델 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 기술보고에서는 현재까지 수행된 기체 주입 시험 및 전산 수치모델 관련 주요연구를 소개하고 향후 기체 이동 현상 규명을 위한 연구 수행 방향에 대해 정리하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2003년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.177-184
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• 2003

매립장 내의 설치된 중간 복토층(intermediate cover)은 매립 도중 혹은 매립완료 후 종종 침출수가 하부의 침출수 집배수관으로 이동하는 것을 막아 매립장 내에 일정 침출수위를 형성시킨다. 이렇듯 중간 복토층은 침출수의 원활한 순환을 막아 매립장 바닥에 형성되어야 하는 침출수위가 중간복토층 위에 형성되도록 하는데, 이는 매립장의 구조적 안정성을 깨뜨리고 주변으로 침출수 누출을 유발시키게 된다. 본 연구에서는 이처럼 중간복토층 상부에 형성된 침출수위를 저하시키기 위하여, 폐기물 매립시 중간복토층에 투수성이 뛰어나고 역학적 강도와 화학적 내구성을 갖는 배수파일(Drain Pile)을 설치할 것을 제안하였다. 배수파일은 중간복토층 상부에 형성될 수 있는 침출수를 매립장 바닥으로 배수시키고, 침출수 집배수정으로 이송이 가능하게 만든다. 또한 배수파일은 매립장 내부에 설치됨으로써 폐기물의 자체 강성을 증가시키고, 동시에 매립장의 측방유동을 막아 구조적 안정성을 확보하는 효과도 기대할 수 있다. 실내시험을 통해 배수파일 충진재로서 굴패각의 활용가능성을 확인한 결과, 산업 폐기물인 굴패각이 침출수의 pH를 중화시키고 유해물질인 NH$_{4}$$^{+}$를 제거하는데 효과적임을 확인할 수 있었다. 한편, 실제현장의 침출수흐름을 모사하기 위해 범용 프로그램(SEEP/W)을 이용하여 매립지 내에서 배수 파일의 효과를 확인하였다.

• 에너지공학
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• 제20권1호
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• pp.1-7
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• 2011

전기자동차(Electric Vehicle, EV)와 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)의 성능과 수명주기 비용은 배터리 팩에 좌우된다. 팩 내부의 비정상적인 온도분포는 전지간의 전기적인 불균형을 가져오고 팩의 성능을 떨어뜨리기 때문에 팩 내부의 온도 균일성은 EV와 HEV용 전지 팩의 최적 성능을 위한 중요한 요소이다. 본 연구에서는 EV와 HEV용 리튬이온전지 팩의 열적 거동을 예측하기 위해 삼차원 전산 모사를 하였다. 전지 팩의 열전도도는 각종 구성요소의 열전도 저항이 직렬과 병렬로 연결되어 있는 것으로 간주하였다. 셀에서의 열 발생량은 전지내부의 전기화학적 반응에 의한 반응열과 전류의 흐름과 내부저항에 의한 열을 고려하여 계산 하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권5호
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• pp.560-564
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• 2011

본 연구의 목적은 과산화수소 농축을 위한 투과증발공정의 수학적 모델을 제시하는 것이다. 대상공정은 NASA에서 개발한 것으로 쉘과 멤브레인 튜브들로 구성되어 있다. 쉘과 튜브에는 각각 과산화수소용액과 sweep gas가 향류로 흐른다. 이때 막을 통해 투과증발되는 기체에는 과산화수소보다 물분자가 더 많기 때문에 과산화수소를 농축할 수 있다. 이 공정의 수학적 모델은 투과물의 흡수-확산 메커니즘에 기초한 비선형 편미분 및 대수 방정식, 투과물 플럭스의 온도 의존성에 대한 아레니우스 관계, 그리고 막 모듈 내의 액상 농도와 흐름에 대한 질량 및 운동량 수지식의 형태로 개발하였다. 과산화수소 농축물 농도의 동적 거동은 제안된 모델의 단순화된 형태를 풀어 모사하였고 그 결과값을 NASA 특허에서 보고된 실험자료와 비교하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제15권1호
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• pp.252-261
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• 1991

본 연구에서는 2상 횡분류의 평균 유동특성을 비교적 정확히 예측할 수 있는 방법을 제시하는데 있다. 이를 위하여 2상 기체 분류속에 유입되는 자유흐름의 질량 유입을 Keffer와 Baines의 유입함수를 이용하기로 하며, 입자와 기체분류사이의 궤적 이탈을 고려하기로 한다. 이런 모델을 이용하여 2상 횡분류의 분출초기의 입자와 기 체분류의 속도비(particle to gas velocity ratio at the jet exit)가 유동에 미치는 영향을 알아보고자 한다.

• KSBB Journal
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• 제16권5호
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• pp.452-458
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• 2001

생물공정에서 암모니아 농도를 제거하기 위해 NN 제어기를 개발하였고 기존의 PID 제어기와 비교하였다. 특히, 생물반응기내 암모니아 농도를 온라인 모니터링하기 위해 암모니아-FIA 장치를 사용하였으며, 이 장치의 분석 오차, 분석 시료의 체류 시간 등의 제어 특성에 대한 영향 computer simulation을 통해 비교, 고찰하였다. 또한 computer simulation에 의해 생물공정에 적합한 인공 신경망 제어구조를 고찰하였고, 3-2-1 구조의 NN 제어기가 PID 제어기보다 우수함을 알수 있었다. 3-2-1 구조의 NN 제어기를 이용하여 모사 생물공정 및 yeast 발효공정에서 암모니아 농도를 제어하여 그 특성을 고찰하였다. 본 연구로부터 미생물의 비선형성장 특성을 가진 생물공정에서 기질의 농도를 제어하기 위해서는 3-2-1 구조의 인공 신경망 제어기가 적합함을 알 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권4호
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• pp.342-348
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• 2017

본 연구에서는 초음속 주유동 환경에서의 막냉각 특성에 대해 적외선 열상법을 적용한 시험을 수행하였다. 막냉각 시험은 수축형 막냉각 노즐을 갖는 쐐기형 막냉각 시편을 이용해 마하수 3.0, 단위 길이 당 레이놀즈수 $42.53{\times}10^6$ 와 $69.35{\times}10^6$ 인 조건을 구현한 자유-제트 시험 설비에서 수행하였다. 모사 탐색창에 해당하는 PEEK의 표면 온도를 계측하여 막냉각 효율을 산출하였고 받음각 및 분사율이 막냉각 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 막냉각을 적용하지 않는 경우와 비교할 때, 막냉각을 적용할 경우 측정된 PEEK의 표면 온도가 크게 감소하였다. 막냉각의 유용성은 시간에 따른 PEEK의 표면 온도로부터 산출한 열유속 특성으로도 확인할 수 있다. 분사율이 증가할수록 보호되는 PEEK의 영역이 주유동과 막냉각 유동의 흐름 방향으로 확장되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권5호
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• pp.229-236
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• 2017

국내에서 설치 운영 중인 D정수장의 장방형 침전지를 대상으로 설계유량($15,864m^3/day$)과 운영유량($33,333m^3/day$))에 대하여 CFD 해석 방법을 사용하여 침전지의 유동특성 및 tracer 모의를 수행하였으며, 침전지의 유입부로 유입되는 플럭을 입자로 가정하여 모사하는 Lagrangin 기법을 적용하여 침전지의 효율을 검토하였다. 그 결과 침전지내 흐름을 plug flow 영역으로 만들기 위한 평균 속도값을 0.00193 m/s, 0.00417 m/s로 도출되었다. 또한 각 유량 조건에 대해 Tracer test를 모의한 결과 ${\beta}$(유효접촉인자) 값은 각각 0.51, 0.46, Morrill Index값은 각각 6.05와 3.21, 단락류 Index는 0.54와 0.34로 나타났다.