• 한국항공우주학회지
• /
• 제40권4호
• /
• pp.316-329
• /
• 2012

초음속 플라즈마 풍동 등, 항공우주 응용을 위한 고순도, 고엔탈피 열유동 발생 장치로서 널리 쓰이고 있는 유도결합 플라즈마 토치에 대해, 전기회로 이론과 결합된 해석적 및 수치해석적 자기유체역학 모델을 이용하여 토치 설계변수(주파수 $f$, 가둠관 반지름 $R$ 및 코일 감은수 $N$) 변화에 따른 전기적 특성 변수(등가 저항, 등가 인덕턴스 및 결합효율)의 거동을 추적함으로써 최적 설계 변수해석을 수행하였다. 계산 결과, 등가저항은 $f$, $R$ 및 $N$이 증가함에 따라 커지는 반면, 등가 인덕턴스는 $f$가 증가할수록 작아지지만 $R$과 $N$의 증가에 대해서는 커지는 경향이 있음을 파악하였다. 이로부터, 10 kW 급 고주파 유도결합 플라즈마 토치의 경우, 결합효율을 극대화시키는 최적의 주파수, 가둠관 반지름 및 코일 감은수의 범위를 각각 $f$=4~6 MHz, $R$=17~25 mm 및 $N$=3~4 로 추정하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제25권1호
• /
• pp.125-135
• /
• 1993

안전하고 효율적인 원자력 발전소의 운전은 디지탈 기술을 이용한 발전소 자동화로 이루어질 수 있다는 인식과 함께 이같은 발전소 자동화는 차세대 원자력 발전소의 중요한 목표중의 하나가 되고 있다. 전체적인 발전소 수준의 자동화를 위해서는 일차적으로 각 주요 시스템에 대한 디지털화가 요구되며 본 논문에서는 증기발생기의 수위조절 시스템에 대해 연구하였다. 이를 위해 증기발생기의 열수력학적 모델을 이용하여 증기발생기에 작용하는 여러가지 입력과 수위와의 관계를 전달함수로 표시하였으며 이를 이용하여 기존의 발전소에서 사용되고 있는 3 요소 제어시스템을 검토하였다. 본 논문에서의 제어구성은 증기발생기 그 자체를 시스템내에 플랜트로서 포함시킨 것이기 때문에 전체적인 시스템 차수가 증가하며 디지탈 과정중 수치적 불안정이 야기된다. 이러한 문제와 아울러 저출력에서는 궤환신호로 작용하는 급수유량의 신뢰도가 작음을 고려하여 2 요소 제어시스템 및 그에 따른 디지탈 제어기에 대해 연구하였다. 이 시스템의 디지탈 비례적분제어기는 그 이득 및 적분시간상수가 초기출력에 따라 변하며 전체적인 시스템의 응답특성이 안정성 및 기타 제어 특성을 동시에 만족시키도록 하고 있다. 이러한 제어기를 사용한 2 요소 제어시스템은 초기출력에만 의존하므로 정의하기가 간단하며 또 이러한 시스템의 수위응답은 그에 대응하는 아날로그 시스템의 결과와 비슷함을 보이고 있다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제20권3호
• /
• pp.638-644
• /
• 2019

본 연구에서는 전산유체역학 해석을 이용하여 알루미늄 피라미드 트러스 심재 샌드위치의 열유동 특성을 분석하였다. 규칙적 다공질 금속인 피라미드 트러스 코어를 샌드위치 구조물에 채용할 경우 공기 매질이 자유롭게 유입, 유출될 수 있는 개방형 코어인 점을 고려하여 하중을 지지할 수 있는 구조성능과 함께 방열체로서 다기능성을 구현할 수 있는 구조가 된다. 따라서, 유입되는 공기의 속도변화, 설계변수인 트러스각에 따른 압력강하와 열전달 메카니즘을 확인하기 위해 ANSYS/Fluent를 이용하여 수치해석을 실시하였다. 해석모델에 사용된 샌드위치 패널은 알루미늄으로 이루어져 있으며, 샌드위치 패널의 위 면재와 아래 면재 사이에는 15개의 피라미드 트러스 유닛셀이 반복되고 있다. 폭 방향으로는 무한히 넓은 유닛셀을 모사하기 위해 대칭조건을 지정하였으며, 입구에는 균일한 속도분포를 경계조건으로 입력하였다. 해석결과 입구부와 첫 유닛셀까지의 구간에서 입구영향이 관찰되었으며, 입구영향을 배제하고 마찰계수와 누셀수를 분석하였다. 공기의 속도가 증가할수록 마찰계수는 감소하였으며, 누셀수는 증가하는 경향을 보인다. 한편, V=1m/s에서 5m/s에서의 마찰계수와 누셀수 변화가 확연하였으며, 이는 층류에서 난류로 유동패턴이 변하기 때문에 거시적으로 열전도보다 대류열전달의 비중이 커졌기 때문이다. 또한, 설계변수인 트러스각에 대해서는 의미가 있을 정도의 마찰계수와 누셀수의 변화는 관찰되지 않았다. 따라서, 트러스각이 강도, 강성 등 구조성능에 민감한 점을 감안하면 다기능성을 염두에 둔 알루미늄 피라미드트러스 심재 설계 시 설계변수의 변화는 구조성능에 더 민감할 것으로 판단된다.

• 인터넷정보학회논문지
• /
• 제24권1호
• /
• pp.61-69
• /
• 2023

최근 수산 자원의 고갈에 따른 육상 양식장에서의 '기르는 어업'에 의한 생산성 향상에 대한 기대가 크게 고조되고 있다. 육상 양식장의 경우, 해상 환경과 달리 환경 및 양성 요소에 대한 제어와 관리가 용이하며, 출하 계획에 따른 생산량 조정이 가능한 이점이 있다. 반면, 자연 환경에서와 달리 어류 성장을 위한 인위적인 관리가 필요하기 때문에 운영에 따른 비용이 크게 증가할 수 있는 단점이 있다. 따라서, 계획된 목표 출하량에 맞추어 효율적으로 양식장을 운영함으로써 이윤 극대화를 추구할 수 있다. 이러한 효율적인 양식장 운영 및 어류 양성을 위해서는 대상 어종에 따른 정확한 성장 예측 모델이 반드시 요구된다. 현재까지 대부분의 성장 예측 모델은 양식장 수집 데이터를 활용하여 통계적 분석 기반의 수치 해석적인 결과들이 주를 이룬다. 본 논문에서는 기존의 통계적 관점에 의한 성장 예측 모델이 가질 수 있는 데이터 확보의 어려움 및 낮은 정확도에 대한 정량적 수치를 제공하기 어려운 단점을 극복하기 위해 확률적 관점에서의 성장 예측 모델을 제시한다. 확률적 접근을 위하여 양성에 가장 중요한 요소인 수온을 기반으로 한 가우시안 프로세스 회귀 방식을 도입하여 모델링을 수행한다. 이를 통해, 특정 시점에서의 성장 예측값에 대한 평균치와 해당 값에 대한 신뢰구간을 동시에 제공함으로써 보다 효율적인 양식장 운영을 위한 참고 수치를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제30권3호
• /
• pp.40-50
• /
• 2023

최근 스마트폰의 부품 수는 급격히 증가하고 있는 반면, PCB 기판의 크기는 지속적으로 감소하고 있다. 따라서 부품의 실장밀도를 개선하기 위해 PCB를 쌓아서 올리는 stacked PCB 구조의 3D 실장 기술이 개발되어 적용되고 있다. Stacked PCB에서 PCB 간 솔더 접합 품질을 확보하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 stacked PCB의 신뢰성을 향상시키기 위하여, 인터포저(interposer) PCB 및 sub PCB의 프리프레그의 물성, PCB 두께, 층수에 대한 휨의 영향을 실험과 수치해석을 통해 분석하였다. 또한 솔더 접합부의 응력을 최소화하기 위해 인터포저 패드 설계 구조에 따른 접합강도를 분석하였다. 인터포저 PCB의 휨은 프리프레그의 열팽창계수가 적을수록 감소하였으며, 유리전이온도(Tg)가 높을수록 감소하였다. 그러나 온도가 240℃ 이상이면 휨의 개선 효과는 크지 비교적 크지 않다. 또한 FR-4 프리프레그에 비하여 FR-5을 적용할 경우에 휨은 더 감소하였으며, 프리프레그의 층수와 두께가 높을수록 휨은 감소하였다. 한편 sub PCB의 경우, 휨은 프리프레그의 Tg 보다 열팽창계수가 더 중요한 변수임을 확인하였고, 두께를 증가시키는 것이 휨 감소에 효과적이었다. 솔더 접합력을 향상시키기 위하여 다양한 인터포저 패드 디자인을 적용하여 전단력 시험을 수행한 결과, 더미 패드를 추가하면 접합강도가 증가하였다. 또한 텀블 시험 결과, 더미 패드가 없을 때의 크랙 발생율은 26.8%이며, 더미 패드가 있으면 크랙 발생율은 0.6%로 크게 감소하였다. 본 연구의 결과는 stacked PCB의 설계 가이드라인 제시를 위한 유용한 결과로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제39권10호
• /
• pp.41-48
• /
• 2023

도로 하부에 발생된 이상구간은 사용자의 안전을 위협하고 보수하기 위해서도 많은 사회적 비용이 동반된다. 본 연구에서는 적외선 카메라를 사용하여 이상구간 매질에 따른 온도 분포를 실험적으로 평가하고 이를 머신러닝 기법으로 분석하고자 하였다. 대상 현장은 가로와 세로 및 깊이가 모두 50cm인 정육면체 형태로 설정하였고, 이상구간은 물과 공기로 결정하였다. 실험부지의 상부는 포장층을 모사하기 위해 콘크리트 블록을 설치하였으며, 오후 4시부터 다음날 오후 3시까지 총 23시간 동안 포장층의 온도 분포를 측정하였다. 측정된 값은 이미지 형태로 도출되었으며, 이미지 중간부분에서 측정 온도의 수치를 추출하였다. 최대온도와 최저온도의 차이는 물, 공기, 그리고 원 지반에서 각각 34.8℃, 34.2℃ 그리고 28.6℃로 나타났으며, 이미지 분석 기법인 convolution neural network(CNN) 방법을 활용하여 각 측정 이미지에 해당하는 조건을 분류하였다. 분류를 수행하기 위해서는 res net 101과 squeeze net 네트워크가 이용되었다. res net 101의 분류 정확도는 물, 공기 그리고 원 지반에서 각각 70%, 50% 그리고 80%로 나타났고, squeeze net의 분류 정확도는 60%, 30% 그리고 70%로 나타났다. 해당 연구 결과는 수치데이터로 특징 판단이 어려울 경우 이미지 기반의 CNN 알고리즘을 활용하면 매질 특성 분석이 가능하고 지반내 상태도 예측할 수 있는 방법론을 보여준다.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
• /
• 제19권3호
• /
• pp.1-13
• /
• 2023

Hydronic heated road pavement (HHP) systems have been well established and documented to provide road safety in winter season over the past two decades. However, most of the systems run on asphalt, only a few are tested with concrete, and there rarely is a comparison between those two common road materials in their performance. The aim of this study is to investigate the thermal performance of the concrete HHP systems, including surface temperature variations of experimental pavements in winter season. For preliminary study a small-scale experimental system was installed to evaluate the heat transfer characteristics of the concrete HHP in the test field. The system consists of 3 concrete slabs made of 1 m in width, 1 m in length, and 0.25 m in height. In these slabs, circulating water piping was embedded with different pipe depths of 0.08 m (Case A), 0.12 m (Case B), and 0.20 m (Case C) and same horizontal space of 0.16 m. Heating performance in winter season was tested with different inlet temperatures of 25℃, 30℃, 35℃ and 40℃ during the entire measurement period. Overall, the surface temperature of the concrete HHPs remained above 3℃ in all experimental conditions applied in this study. The results of the surface temperature measurement with respect to the pipe depth showed that Case B was the highest among the three cases. However, the closer the circulating water pipe was to the pavement surface, the greater the heat exchange rate. This results is considered that the heat is continuously accumulated inside the pavements and then the temperature inside the pavements increases, while the amount of heat dissipation decreases as the temperature difference between the inlet and outlet of circulating water decreases. In this preliminary test the applicability of the concrete HHP on road deicing was confirmed. Finally, the results can be used as a basis for studying the effects of various variables on road pavements through numerical analysis and for conducting large-scale empirical experiments.

• Advances in nano research
• /
• 제16권4호
• /
• pp.325-340
• /
• 2024

There are several novel uses for dispersing many nanoparticles into a conventional fluid, including dynamic sealing, damping, heat dissipation, microfluidics, and more. Therefore, melting heat and mass transfer characteristics of a 3-D MHD Hybrid Nanofluid flow over a rotating disc with presenting dufour and soret effects are assessed numerically in this study. In this instance, we investigated both ferric sulfate and molybdenum disulfide as nanoparticles suspended within base fluid water. The governing partial differential equations are transformed into linked higher-order non-linear ordinary differential equations by the local similarity transformation. The collection of these deduced equations is then resolved using a Chebyshev spectral collocation-based algorithm built into the Mathematica software. To demonstrate how different instances of hybrid/ nanofluid are impacted by changes in temperature, velocity, and the distribution of nanoparticle concentration, examples of graphical and numerical data are given. For many values of the material parameters, the computational findings are shown. Simulations conducted for different physical parameters in the model show that adding hybrid nanoparticle to the fluid mixture increases heat transfer in comparison to simple nanofluids. It has been identified that hybrid nanoparticles, as opposed to single-type nanoparticles, need to be taken into consideration to create an effective thermal system. Furthermore, porosity lowers the velocities of simple and hybrid nanofluids in both cases. Additionally, results show that the drag force from skin friction causes the nanoparticle fluid to travel more slowly than the hybrid nanoparticle fluid. The findings also demonstrate that suction factors like magnetic and porosity parameters, as well as nanoparticles, raise the skin friction coefficient. Furthermore, It indicates that the outcomes from different flow scenarios correlate and are in strong agreement with the findings from the published literature. Bar chart depictions are altered by changes in flow rates. Moreover, the results confirm doctors' views to prescribe hybrid nanoparticle and particle nanoparticle contents for achalasia patients and also those who suffer from esophageal stricture and tumors. The results of this study can also be applied to the energy generated by the melting disc surface, which has a variety of industrial uses. These include, but are not limited to, the preparation of semiconductor materials, the solidification of magma, the melting of permafrost, and the refreezing of frozen land.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제40권3호
• /
• pp.77-84
• /
• 2024

도로 하부의 노후하 된 매설물이 손상되면 공동 및 지반 함몰 등의 재해가 발생할 가능성이 있고 이는 사회적인 비용을 발생시킨다. 본 연구의 목적은 적외선 카메라를 활용하여 공동 위치에 따른 열적 특성을 평가하고 CNN 알고리즘으로 각 공동 위치에 적합한 분류를 수행하고자 하였다. 가로×세로×깊이가 400cm×50cm×40cm인 대상 부지에서 PVC pipe를 상부, 중부 그리고 하부에 매설하여 공동을 조성하였다. 실험부지의 상부에는 포장층을 모사하기 위하여 콘크리트 블록을 설치하였고, 오후 4시부터 다음날 12시까지 측정이 진행되었다. 적외선 카메라로 측정된 초기 온도는 각각 43.7℃, 43.8℃ 그리고 41.9℃로 관측되었고, 측정값은 대기온도 변화가 반영되었다. CNN 알고리즘으로 분류를 진행하기 위해서는 이미지 데이터가 필요하며, 해당 연구에서는 RP 알고리즘을 통해 수치데이터를 이미지로 변환하였다. RP 알고리즘은 4가지 방법을 활용하여 이미지를 생성하였고, 각각의 이미지는 10,000×10,000, 2,000×2,000, 1,000×1,000 그리고 100×100 픽셀로 구성된다. CNN 학습 정확도는 각각 99%, 97%, 98% 그리고 96%로 매우 높게 나타났다. 제안된 방법의 신뢰성은 수치데이터의 정확도와 비교하였으며, 신뢰성이 약 20% 이상 향상된 결과가 나타났다. 이와 같은 결과는 RP 알고리즘으로 전환된 데이터가 적외선 측정된 값의 신뢰성 있는 결과 제공이 가능함을 시사한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제19권3호
• /
• pp.375-388
• /
• 2017

교통난 해소와 녹지공간의 확보를 위해서 도심지 소형차 전용 소단면 터널이 증가하는 추세이나 소단면 터널에 대한 방재시설 설치를 위한 기준은 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 대배기구 방식을 적용한 소단면 터널에서 화재가 발생하는 경우 열환경 및 유해가스(CO)의 농도 특성을 고찰하기 위해 A86터널, 서울시에서 계획한 바 있는 U-Smartway터널, 서부간선터널을 모델로 하여 터널 단면적, 화재강도 및 배연풍량에 따른 화재시 터널내 온도 및 유해가스농도를 수치해석적인 방법으로 해석하고 비교 검토하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 터널 단면적이 감소하면 화원부의 온도는 증가하나 온도 상승률이 화재강도변화에 미치는 영향은 적다. 그러나 배연풍량 변화에 따라 큰 차이가 발생한다. 대배 기구 방식의 배연풍량으로 Q3+2.5Ar을 적용하는 경우, 화원부 온도는 서부간선터널($Ar=46.67m^2$)을 기준으로 하는 경우, A86($Ar=25.3m^2$)은 7.1배, U-smartway($Ar=37.32m^2$)는 5.4배가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 화원부의 CO농도도 동일한 경향을 보이고 있으며, 서부간선터널 대비 A86터널은 10.7배 U-Smartway는 9.5배로 나타났다. 따라서 소단면 터널의 경우, 단면적감소에 따른 열환경 및 유해가스농도는 단면적 감소율 보다 상당히 크게 증가할 것으로 예상된다.