• 설비공학논문집
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• 제21권11호
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• pp.629-635
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• 2009

In this study, fin surface temperature and frost properties, i.e., frost thickness and frost surface temperature on a heat exchanger, were experimentally analyzed with different fin thicknesses, fin sizes and thermal conductivities of fin. As a result, it is found that fin thickness and thermal conductivity of fin should be considered in order to design an efficient heat exchanger fin. Correlations of dimensionless average frost properties were proposed as functions of dimensionless air temperature, dimensionless fin base temperature, dimensionless fin thickness, absolute air humidity, Reynolds number and Fourier number. The correlations predicted well the average frost thickness with a maximum error of 10.5% and frost surface temperature with a maximum difference of $0.89^{\circ}C$, respectively.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제25권7호
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• pp.21-27
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• 2024

동상은 동토지반의 중요한 공학적 특성 중 하나로, 겨울철에 국내에서는 동상으로 인한 다양한 피해가 발생한다. 미국과 일본은 동토지역을 포함하고 있어 동상에 대한 연구가 활발히 이루어졌으며, 표준화된 실험법을 보유하고 있다. 특히, 일본 동상 실험법은 시료 준비와 실험 과정이 비교적 간단하다는 장점이 있다. 그러나 동상 실험 결과의 공학적 해석이 모호하며, 동상 민감성 판정 기준이 제시되지 않아 실제 활용에 문제가 있다. 본 논문에서는 모래-실트 혼합토를 대상으로 일본 동상 실험법에 따라 온도제어형 셀을 활용한 실내실험을 수행하고, 동상속도 산정 과정을 면밀히 분석하였다. 더불어, 일본 동상 실험법으로 산정된 동상속도가 미국에서 제시한 동상 민감성 판정 기준에 적용 가능한지 검토하였다.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
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• 대한설비공학회 2009년도 하계학술발표대회 논문집
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• pp.798-803
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• 2009

In this study, dimensionless correlations of frost properties (i.e. the thickness and surface temperature of frost) on heat exchanger fin with nonuniform temperature distribution are proposed from frosting experiments. We analyzed the local fin temperature distribution, frost thickness and frost surface temperature on a 2D fin; in the airflow direction and the direction perpendicular to airflow. As a result, the frost growth on the fin had a close relation with fin heat conduction. The dimensionless correlations for the average frost properties were expressed as a function of dimensionless temperature, humidity ratio, Reynolds number, and Fourier number. These correlations agreed well with experimental data with the error less than 14%.

• 설비공학논문집
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• 제12권1호
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• pp.95-101
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• 2000

The effect of surface contact angle on the behavior of frost formation in a fin-tube heat exchanger is investigated experimentally. It is shown that both heat exchangers with hydrophilic and hydrophobic surfaces appear to have a better thermal performance than bare aluminium heat exchanger, but the improvements are very small. There is a little increase in the amount of the frost deposited onto the heat exchanger with both hydrophilic and hydrophobic surface. However, the effect of contact angle on the frost density is observed ; the frost with high density forms on the heat exchanger with hydrophilic surface ; and the frost with low density is deposited onto the heat exchanger with hydrophobic surface when compared with the frost deposited onto the heat exchanger with bare aluminium surface. This may be attributed to the fact that the shape of water droplets which condense on the surface of heat exchanger at the early stage of frosting varies with contact angle, and thus makes a difference on the structure of frost formation. From the experiments with different relative humidity of inlet air, it is shown that the variations of operating parameter make no influence on the effect of surface contact angle on the frosting behavior in the heat exchanger.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권12호
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• pp.5-16
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• 2012

우리나라는 세종과학기지에 이어 두 번째로 남극에 과학기지를 건설하는 사업을 진행하고 있다. 남극은 영구동토지역으로 분류되지만 일부 지반의 상부에는 활동층이 존재한다. 이 활동층이 동결되면 동결팽창으로 인해 지반의 융기가 발생하고 구조물에 부가적인 응력이 유발되어 구조물 안정에 심각한 영향을 미치게 된다. 그러므로 남극 기지 건설지에 대한 동상 특성을 파악하는 것은 구조물의 수명 및 안정성을 확보하기 위해 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구의 목적은 남극 제2기지 건설지에 대한 동상민감성을 정량적으로 평가하고 흙 입자의 크기와 부동수분량이 동상에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 이를 위해 동남극 테라노바만 주변 기지 건설지 표층에서 채취한 흙 시료에 대해 기본물성실험과 부동수분실험, 동상실험을 수행하였다. 동상실험의 경우 공시체 상부에 냉기를 주입하고 하부에는 물을 지속적으로 공급하여 동상이 발생하도록 유도하였다. 동상실험으로부터 공시체의 동상량과 동상비, 동상속도를 도출하였고, 실험 결과가 흙 입자의 크기 및 부동수분량과 어떤 상관관계가 있는지 분석하였다. 분석 결과 채취한 시료의 미세분 함량이 일정비율을 넘으면 흙 시료의 동상이 크게 발생하였고, 동결토 내의 부동수분에 따라 동상정수는 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구는 동남극 테라노바만 흙 시료에 대하여, 동결토의 동상에 중요한 영향인자인 흙 입자의 크기 및 부동수분량과 동상량 사이의 관계를 실험적으로 규명하였다는 데에 그 의의가 있다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제9권3호
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• pp.47-56
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• 2010

우리나라는 동절기 지반이 동결되는 계절성 동토지대로 겨울철에 기온이 영하가 되면 포장도로가 동상으로 융기되거나 봄철 융해기에 침하가 발생하여 포장체의 손상을 유발한다. 일반적으로 도로포장 설계에서는 동상으로 인한 피해를 방지하기 위하여 동상방지층을 설치하는데 국내에 적용하는 동상방지층 설계는 외국에서 적용하는 방법을 사용하고 있다. 이 방법들은 각 나라마다의 기후나 지반 여건을 고려하여 만들어진 것으로 국내에서 그대로 적용하는 데에는 문제가 있다. 즉, 외국의 동결깊이 산정방법을 국내 도로설계에 적용할 경우 동상방지층 설계깊이가 달라질 수 있으며 이에 따라 공사비의 과도한 집행이나 도로의 내구성 저하가 발생할 수도 있다. 본 논문에서는 다년간(1991~2010) 전국 포장국도에서 측정한 동결깊이 자료를 이용한 동결깊이 산정식을 도출하였으며, 이를 바탕으로 지역, 일사량 등의 외적요인에 대한 보정상수를 적용한 동결깊이 추정모델을 제안하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.43-51
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• 2007

동결작용은 빌딩, 구조물, 도로, 철도 그리고 공공시설관로에 엄청난 손상을 일으킬 것이다. 자연지반의 동상에 대한 연구는 과거에 많이 수행되었다. 근래에는 사회기반시설 유지의 발전과 함께 각종구조물의 복잡화로 인하여 동상대책에 대한 관심이 집중되고 있다. 본 연구에서는 구조물에 작용하는 자연지반의 동상력을 정량적으로 파악하는 것을 목적으로 하였다. 지표면에 설치한 원형강판에 작용하는 동상력이 현장시험에서 측정되었다. 동결면에서 발생하는 동상력은 동결된 토층을 거쳐 구조물에 전달된다. 또한 다단앵커로 보강된 옹벽이 현장에 설치되고 옹벽에 작용하는 동결선과 동상압 등이 측정되었다. 최종적으로 동결면의 위치와 형상이 수치해석수법을 이용하여 추정되었고 치환 범위를 결정하는 설계수법이 토질정보와 기상정보에 따라 제안되었다.

• 설비공학논문집
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• 제9권2호
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• pp.249-258
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• 1997

In this study, a numerical model for analyzing frost formation phenomena on a cold flat plate has been developed. Both regions of air flow and frost layer have been coupled to calculate the amount of the heat and mass transfer between air flow and frost layer. Experiments have been also conducted to validate the numerical model. The present numerical results show a good agreement with the experimental data. The present numerical model also provides some useful data such as the temperature distribution inside the frost layer which could not be obtained through the experiments.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권8호
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• pp.1114-1121
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• 2003

A mathematical model considering the air side and the frost layer is presented to predict the frost layer growth. The standard k-$\varepsilon$ model for the air flow and the diffusion and energy equations for the frost layer are employed. The numerical results are compared with experimental data to validate the present model, and agree well with experimental data within a maximum error of 10%. The present model predicts well the frost properties and heat and mass transfer with respect to the frosting time. The variation of total heat transfer strongly depends on the operating condition, and has a similar trend to that of the sensible heat transfer. The frost properties along the flow direction are also investigated.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집D
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• pp.654-659
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• 2001

A new non-contact method of the frost thickness measurement has been developed. The method is based on the digital image processing technique to identify the reflection edge of the image captured by a CCD camera under laser sheet light illumination. To insure the accuracy of frost layer thickness, an in-situ calibration procedure is carried out with a calibration target with 0.5mm holes. Using the mapping function obtained by the calibration procedure, the contour of frost surface can be estimated with sub-pixel resolutions. The developed method is applied to study the effect of cooling plate temperature on the frost thickness in a small low speed wind tunnel.