• 해양환경안전학회지
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• 제28권7호
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• pp.1231-1237
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• 2022

본 논문에서는 AI 기반 설계 탐색 기법을 활용하여 선박의 주요 치수 최적화를 수행하였다. 설계 탐색 기법은 최적화 프로그램 HEEDS의 SHERPA 알고리즘을 사용하였다. 유동 해석은 상용 CFD 코드인 STAR-CCM+를 사용하였고, 주요 치수 변환은 전처리 과정에서 JAVA Script와 Python을 사용하여 선박의 치수가 자동으로 변환되도록 설정하였다. 대상 선박은 소형 쌍동선형으로 주요 치수 최적화는 한쪽 선형의 길이, 폭, 흘수 그리고 단동선형 간의 간격에 대하여 수행되었다. 최적화 알고리즘에 사용된 목적함수는 총저항이며, 내부 의장 시스템의 크기 등을 고려한 배수 체적의 범위를 제한조건으로 선정하였다. 그 결과 최적 선형의 주요 치수는 기존 선형 대비 ±5% 내에서 변화가 있었고 총저항은 약 11% 개선된 결과를 보였다. 본 연구를 통해 선박의 형상을 직접 변경하지 않더라도 주요 치수 최적화를 통해 선박의 저항 성능이 향상됨을 확인하였고, 다양한 선박의 주요 치수 최적화를 통한 성능 향상에 활용이 될 것으로 기대한다.

• Membrane and Water Treatment
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• 제14권3호
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• pp.129-140
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• 2023

The appropriate injection of H₂O₂ is essential to produce hydroxyl radicals (OH·) by mixing H₂O₂ quickly and exposing the resulting H₂O₂ solution to UV irradiation. This study focused on evaluating mixing device of H₂O₂ as a design factor of UV/H₂O₂ AOP pilot plant using a surface water. The experimental investigation involved both experimental and model-based analyses to evaluate the mixing effect of different devices available for the H₂O₂ injection of a tubular hollow pipe, elliptical type of inline mixer, and nozzle-type injection mixer. Computational fluid dynamics analysis was employed to model and simulate the mixing devices. The results showed that the elliptical type of inline mixer showed the highest uniformity of 95%, followed by the nozzle mixer with 83%, and the hollow pipe with only 18%, after passing through each mixing device. These results indicated that the elliptical type of inline mixer was the most effective in mixing H₂O₂ in a bulk. Regarding the pressure drops between the inlet and outlet of pipe, the elliptical-type inline mixer exhibited the highest pressure drop of 15.8 kPa, which was unfavorable for operation. On the other hand, the nozzle mixer and hollow pipe showed similar pressure drops of 0.4 kPa and 0.3 kPa, respectively. Experimental study showed that the elliptical type of inline and nozzle-type injection mixers worked well for low concentration (less than 5mg/L) of H₂O₂ injection within 10% of the input value, indicating that both mixers were appropriate for required H₂O₂ concentration and mixing intensity of UV/ H₂O₂ AOP process. Additionally, the elliptical-type inline mixer proved to be more stable than the nozzle-type injection mixer when dealing with highly concentrated pollutants entering the UV/H₂O₂ AOP process. It is recommended to use a suitable mixing device to meet the desired range of H₂O₂ concentration in AOP process.

• 토지주택연구
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• 제14권3호
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• pp.93-106
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• 2023

본 논문은 우리나라의 아파트를 대상으로 아파트 단지 유형에 따른 열환경 변화를 CFD 기법을 이용하여 시뮬레이션을 수행하고, 유형별 열환경을 평가하고자 하였다. 이를 위해 본 연구는 2000년대와 2010년대 주요 아파트 단지 유형에 대한 선행연구를 참고하여 4가지 유형을 추출한 후, 바람 유입 방향에 따른 아파트 단지 배치와 기온 변화를 분석하였다. 각 유형별로 타워형, 판상형, 혼합 주동 유형을 이용하여 표준화 모형을 제작하였으며, 이들 유형에 대해 총 8개 방향에서의 바람 유입 상황을 상정했다. 이러한 모형 및 조건을 바탕으로 CFD 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, 타워형으로만 구성된 유형과 타워형을 단지 중앙에 배치하는 유형에서 바람의 방향과 상관없이 상대적으로 온도가 낮았은 것으로 나타났다. 이들 유형에서 단지 내부로 바람이 잘 유입되기 때문인 것으로 풀이되었다. 이러한 본 연구의 결과는 건물의 형태 및 단지의 배치 유형에 따라 바람의 유동 및 그에 따른 온도 분포 패턴이 상이한 것으로 나타나 설계 초기 단계에서 단지의 배치에 대한 신중한 고려가 필요함을 확인하다. 본 연구의 결과는 향후 아파트 단지의 초기 설계단계에서 지속 가능한 주거환경 조성을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한조선학회논문집
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• 제61권1호
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• pp.51-60
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• 2024

Hi Air Korea and Hanwha ocean are currently developing an Onboard Carbon dioxide Capture System (OCCS) to absorb CO₂ emitted from ship's engine using a sodium hydroxide(NaOH) solution, and converting the resulting salt into a solid form through a chemical reaction with calcium oxide (CaO). The system process involves the following steps; 1)The reaction of CO₂ gas absorption in water, 2)The reaction between carbonic acid (H₂CO₃) and NaOH solution to produce carbonate or bicarbonate, and 3)The reaction between carbonate or bicarbonate and CaO to form calcium carbonate (CaCO₃). And ultimately, the solid material, CaCO₃, is separated and discharged using a separator. The OCCS has been installed on an ship and the test results have confirmed significant reduction effects of CO₂ in the ship's exhaust gas. A portion of the exhaust gas emitted from the engine was transferred to the OCCS using a blower. The flow rate of the transferred gas ranged from 800 to 1384 m³/hr, and the CO₂ concentration in the exhaust gas was 5.1 vol% for VLSFO, 3.7 vol% for LNG and a 12 wt% NaOH solution was used. The results showed a CO₂ capture efficiency of approximately 42.5 to 64.1 vol% and the CO₂ capture rate approximately 48.4 to 52.2kg/hr. Additionally, to assess the impact of the discharged CaCO₃on the marine ecosystem, we conducted "marine ecotoxicity test" and performed Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis to evaluate the dispersion and dilution of the discharged effluent.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.345-363
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• 2024

강관보강그라우팅 공법은 터널 시공 중 막장면 천단의 보강과 차수를 목적으로 시공현장에서 널리 적용되고 있다. 가장 보편적인 강관다단그라우팅 공법은 주입재의 역류를 막기 위해 강관과 보어홀 사이에 실링재를 주입하도록 규정되어 있으며 이 공정에서 긴 시간이 요구되는 실정이다. 따라서 실링 주입 공정을 제거한 강관보강그라우팅 공법이 여러 종류 제안되었으며, 대표적으로 구획을 나누어 동시에 주입하는 공법과 외부 패커를 활용해 다단으로 주입하는 공법이 있다. 시공 기간과 장비 면에서 이러한 대체 공법들의 장단점이 논의된 바 있으나 실제 지반에 각 주입 방법 별로 얼마나 주입 범위를 확보할 수 있는지에 대해서는 정량적으로 검토된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 실제 주입 공정에 기반하여 그라우트 주입 방법에 따른 주입 범위를 평가하고자 한다. 우선 그라우트의 점도를 실내 실험을 통해 계측하였다. 그리고 전산유체역학 상용 프로그램을 사용하여 수치해석 모델링을 구성하였다. 수치해석 모델링에 측정된 그라우트 물성과 현장에서의 주입 절차를 반영하여 매개변수 해석을 수행하였으며, 그 결과 주입 방식에 따라 주입 범위와 거동이 크게 달라지며 특히 비균질한 지반에서 더 두드러짐을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 확인한 주입 방법과 지반 종류, 그리고 그라우트 종류에 따른 주입 범위를 기반으로 효과적인 주입공법의 선정에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권5호
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• pp.628-636
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• 2018

현재 운용되고 있는 대형 등부표는 대부분 철소재로 제작되어, 부식과 침식에 취약할 뿐 아니라 중량이 커서 설치 및 유지보수가 어렵다. 또한, 주위를 항해하는 선박과 충돌시 등부표 및 선박의 구조적 피해는 물론 인명피해를 발생시키기도 한다. 이러한 철소재 등 부표의 문제점들을 해결하고자 친환경, 경량화 재질을 사용한 등부표가 주목을 받고 있고, 최근 국내에서도 부체와 상부구조물에 각각 친환경 경량소재인 EPP(Expanded Polypropylene)와 알루미늄 소재를 적용한 경량 등부표가 개발된 바 있다. 등부표가 본연의 기능을 수행하기 위해서는 복원성능 및 파랑중 (동적) 운동성능의 확보가 중요한데, 경량화 등부표는 기존의 철재 등부표와 중량 분포 및 운동특성이 다르기 때문에 이에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 새롭게 개발된 전원일체형 경량 7마일 등부표의 복원성능과 다양한 환경조건(파도, 바람, 조류)하에서의 운동성능을 평가하였다. 계류시스템을 고려한 운동해석에는 ANSYS사의 AQWA를 사용하였으며, 운동성능 추정의 정도 향상을 위하여 상용 CFD SW인 Simens사의 STAR-CCM+를 사용해 추정한 풍하중 및 조류하중을 운동해석에 사용하였다. 추정된 등부표의 유의운동의 최대값을 비교한 결과, 바람보다는 파도와 조류가 운동성능에 상대적으로 큰 영향을 미치며, 해상상태가 나빠질수록(Beaufort No. 3이상) 운동이 급격히 커지는 것으로 예측되었다. 이는 해상상태가 나빠지면서 불규칙 파 에너지 스펙트럼의 최대 주파수가 등부표의 고유주파수에 근접하기 때문으로 추정된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권4호
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• pp.535-543
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• 2022

실리콘 카바이드 입자(평균 입도 123 ㎛)의 유동층 태양열 흡열기의 성능 및 효율에 영향을 미치는 입자 거동 해석을 위해 MP-PIC 모델을 이용하여 전산모사를 수행하였고, 기존 실험결과와의 비교를 통해 검증하였다. 특히, 본 연구에서는 실험적으로 접근하기 어려운 유동층 표면 부근에서의 거동을 모사함으로써 흡열 성능과 입자 거동과의 상호 영향을 분석하였다. CPFD 모사결과는 입자층 및 프리보드에서의 평균 고체체류량과 압력요동 등 수력학적 특성 실험결과를 잘 예측하였다. 입자 흡열기에서 1차적으로 태양열 에너지를 흡수하여 층 내부로 전달하는 층 표면 부근에서의 국부 고체체류량은 입자층 내 기포거동에 따라 중심부에서 상대적으로 낮은 값을 나타내는 불균일 분포를 나타내었다. 프리보드 영역에서 국부 고체체류량은 기체속도가 증가할수록 축방향과 각 높이에서의 횡방향에서 불균일성이 증가하였고, 이는 입자 흡열기의 프리보드 영역 내 비산된 입자에 의해 반사된 태양광 에너지 손실과 연관된 압력강하 상대표준편차 증가의 원인임을 나타내었다. 입자 흡열기 내 기체속도 증가에 따른 국부적인 기체 및 입자 속도의 변화에 대한 고찰을 통해, 유동층 내 국부적인 입자거동 특성은 Geldart B 입자 물성과 관련된 입자층 내 기포 거동과 밀접하게 연관됨을 확인하였다. 유동층 입자 흡열기의 성능 척도인 일사량 당 유동기체의 출입구 온도차(∆T/I_DNI)는 입자 층 표면 및 표면 상부 프리보드 영역 내 압력요동 RSD와 상관관계가 매우 높음을 확인하였고, 이 결과는 흡열기 성능 개선에 활용할 수 있을 것으로 판단되었다.

• 생물환경조절학회지
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• 제23권4호
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• pp.337-341
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• 2014

본 연구는 냉각코일과 리튬브로마이드 수용액을 활용하여 유리 chamber 내 냉각 및 제습 실험을 수행하였다. 냉각수 온도별 냉각 효과와 리튬브로마이드 수용액의 제습량을 확인하였으며, 이를 동시에 적용하여 실험을 수행하였다. 냉각수 온도별 냉각 실험은 279K, 286K, 293K에서 각각 19K, 13K, 10K 가량 감소되는 경향을 보였다. 냉각수 온도가 낮을수록 높은 냉각 성능을 보였으며, 여름철 상하수도 온도인 293K의 물로도 충분히 작물이 생육하기 좋은 온실 내부온도를 유지할 수 있다고 판단되었다. 또한 리튬브로마이드 수용액을 활용한 제습 실험에서는 약 80%의 외부 습도가 리튬브로마이드 수용액과 결합하여 약 50%로 감소되어 약 30%의 제습량을 보였으며, 이는 시설 내 제습 시스템의 적용에 적합한 물질로 판단된다. 냉각코일과 리튬브로마이드 수용액을 동시에 적용한 실험에서 약 9K의 온도 강하, 15%의 제습량을 나타냈으며, 리튬브로마이드 수용액이 수증기를 흡수하는 과정에서 반응열이 발생하는 것을 확인하였다. 또한, 시뮬레이션을 통해 냉각 실험 결과와 대비 비교한 결과 약 299.7K의 내부 온도를 보여 일치하는 것을 확인하였다. 수분의 제습과정을 거치면서 농도가 낮아진 리튬브로마이드 수용액(희용액)은 수집탱크로 모아 재생부로 이송되어 가열, 수분을 증발시켜 농용액으로 전환된 후 열교환을 거쳐 냉각되어 다시 제습시스템으로 공급되는 시스템을 적용하면 일정량의 리튬브로마이드 수용액만으로 온실 제습을 할 수 있을 것으로 판단된다. 본 실험을 통해 냉각 및 제습이 동시에 가능하다는 것을 확인하였으며, 리튬브로마이드 수용액을 활용하여 실제 온실에 적용된다면 기존 온실에서 사용하고 있는 냉방 및 제습 방법에 비해 에너지 절감을 통한 경제적 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 향후, 제습 부분은 시뮬레이션을 통한 분석 및 실험결과와 대비 검증이 요구되고, Lab scale의 제습 시스템에서 Farm scale의 온실 규모로 확장하여, 추가 변수에 대한 제습 및 냉각 연구가 수행되어야 할 것이다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권6호
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• pp.1092-1099
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• 2022

대기오염물질과 온실가스 배출량을 저감 시키기 위한 배기 후처리 장치에 대한 연구는 활발히 진행 중이지만 그 중 선박용 입자상물질/질소산화물(PM/NOx) 동시저감 장치에서는 엔진에 미치는 배압 및 필터 담체 교체에 대한 문제가 발생하고 있다. 본 연구에서는 PM/NOx를 동시저감 할 수 있는 일체형 장치의 최적 설계를 위해 장치 내부 유동과 입·출구 압력을 통한 배압의 변화를 연구하여 적절한 기준을 제시하였다. Ansys Fluent를 활용하여 디젤미립자필터(DPF) 및 선택적촉매환원법(SCR)에 다공성 매체 조건을 적용하였고 공극률은 30 %, 40 %, 50 %, 60 % 및 70 %로 설정하였다. 또한, 엔진 부하에 따른 Inlet 속도를 경계 조건으로 7.4 m/s, 10.3 m/s, 13.1 m/s 및 26.2 m/s로 적용하여 배압에 미치는 영향을 분석하였다. CFD 분석 결과, 장치의 입구 온도 보다 입구 속도에 따른 배압의 변화율이 크고 최대 변화율은 27.4 mbar였다. 그리고 모든 경계 조건에서의 배압이 선급 기준인 68 mbar를 초과하지 않았기 때문에 1800 kW 선박에 적합한 장치로 평가되었다.