• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제13권3호
• /
• pp.187-197
• /
• 2010

화석연료를 사용하는 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서 배출되는 $CO_2$를 포집하고 이를 대수층이나 유가스전과 같은 지질학적 구조에 장기간 저장하는 이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon dioxide Capture and Storage, CCS)이 기후변화 대응기술로서 국내외적으로 주목 받고 있다. 이와 같은 CCS 기술을 구현하기 위해서는 포집된 대용량의 $CO_2$ 혼합물을 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하는 과정이 필요하고, 이러한 공정에 대한 기존의 연구는 주로 순수 $CO_2$를 대상으로 하여 진행되어 왔다. 그러나 일반적으로 발전소 및 제철소 등에서 포집된 $CO_2$ 혼합물에는 $N_2$, $O_2$, Ar, $H_2O$, $SO_2$, $H_2S$ 등과 같은 불순물들을 포함하고 있다. 이러한 $CO_2$ 혼합물 내 불순물들은 처리하고자 하는 $CO_2$ 혼합물의 열역학 상태량 등을 변화시킴으로써 압축, 정제, 수송 및 저장 공정들에 커다란 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 이러한 불순물 중 황성분이 함유된 $SO_2$가 포함된 $CO_2$ 혼합물의 수송 및 저장 공정을 설계하는데 있어 매우 중요한 $CO_2$ 혼합물의 열역학 거동을 모사하기 위한 상태량 모델들을 비교 분석하였다. 이를 위해 BWRS EOS, PR EOS, PRBM EOS, RKS EOS, SRK EOS 그리고 NRTL-RK 모델과 같은 총 6가지 물리적 상태량 모델을 이용하여 $CO_2-SO_2$ 혼합물의 VLE 거동을 수치계산하고 이를 실험 데이터와 비교하였다. 또한, $CO_2$, $SO_2$와 같은 서로 다른 분자간의 상호작용 효과를 보완하기 위하여 상태량 모델을 이용한 계산결과와 실험결과와의 차이를 정량화하여 각각의 상태량 모델의 예측능력을 계량화 비교분석하였고 이로부터 $CO_2-SO_2$ 혼합물에 대한 최적의 이성분 매개변수 값들을 도출하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제12권3호
• /
• pp.217-226
• /
• 2009

발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 포집한 $CO_2$ 혼합물을 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하고, 이를 해양의 퇴적층에 수백-수천 년 이상 장기간 격리 및 관리하는 $CO_2$ 해양지중저장기술이 기후변화 대응기술로서 국내외적으로 주목 받고 있다. 본 CO2 저장기술을 구현하기 위한 수송 및 저장 공정에 대한 기존의 연구는 주로 순수 $CO_2$를 대상으로 하여 진행되어 왔다. 그러나 일반적으로 발전소 및 제철소 등에서 포집된 $CO_2$ 혼합물에는 $N_2$, $O_2$, Ar, $H_2O$, $SO_x$, $H_2S$ 등과 같은 불순물들을 포함하고 있다. 이러한 $CO_2$ 혼합물 내 불순물들은 처리하고자 하는 $CO_2$ 혼합물의 열역학 상태량 등을 변화시킴으로써 압축, 정제, 수송 및 저장 공정들에 커다란 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 이러한 불순물 중 불활성 가스인 $N_2$가 포함된 $CO_2$ 혼합물의 수송 및 저장 공정을 설계하는데 있어 매우 중요한 $CO_2$ 혼합물의 열역학 거동을 모사하기 위한 열역학 상태방정식들을 비교 분석하였다. 또한, $CO_2$, $N_2$와 같은 서로 다른 분자간의 상호작용 효과를 보완하기 위하여 사용되는 이성분 매개변수에 대한 최적 값을 도출하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제13권1호
• /
• pp.18-29
• /
• 2010

기후온난화에 대처하기 위한 방안 중, $CO_2$ 해양지중저장은 성공가능성이 높은 수단중의 하나로써 각광받고 있다. $CO_2$ 해양지중저장은 대량 발생원으로부터 $CO_2$를 포집하여 저장지로 수송한 후, 가스 저장층 이나 염대수층 등과 같은 해저 지질구조 내에 $CO_2$를 저장하는 공정 전체를 아울러 지칭한다. 우리는 2005년부터 $CO_2$ 해양지중저장 관련 기술들을 개발해왔으며, 주요 기술 개발 분야에는 $CO_2$ 저장후보지 탐색과 $CO_2$ 수송 및 저장 공정을 위한 기본 설계가 포함된다. 신뢰성 있는 $CO_2$ 해양지중저장 시스템설계를 위해, 가상시나리오를 개발하였으며 수치해석 프로그램을 이용하여 전체공정을 분석하였다. $CO_2$ 포집원으로 부터 주입저장지로 $CO_2$를 수송하는 공정은 열역학 상태방정식으로 모사 가능하다. 본격적인 설계공정에 대한 수치해석을 수행하기에 앞서 관련 열역학 상태방정식들을 비교 및 분석하였다. 분석된 상태방정식들의 정확도를 평가하기 위해 참조문헌의 실험데이터와 수치계산결과를 비교하였다. 현재까지 진행된 $CO_2$ 해양지중저장 공정설계는 주로 순수한 $CO_2$를 대상으로 하였다. 하지만 포집된 $CO_2$ 혼합물은 질소, 산소, 아르곤, 물, 황화수소 등의 불순물을 포함하고 있다. 작은 양의 불순물이 포함될 시에도 열역학적 물성치가 바뀔 뿐 만 아니라, 압축, 정제, 수송 공정 전체에 막대한 영향을 미치게 되므로 간과되어서는 안 된다. 본 논문에서는 해상 및 육상 $CO_2$ 수송에 영향을 미치는 주요 설계 인자들을 분석하였으며, 가상 시나리오의 매개변수에 관한 연구를 수행한 다음, 유량, 직경, 온도, 압력 등의 설계 인자들의 변화 범위를 제시하고자 하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제38권10호
• /
• pp.61-74
• /
• 2022

최근 구조물 기초가 풍화암상에 위치하는 경우가 증가하는 추세로 풍화암상 기초의 적정 설계 지지력을 평가하고자 국내 지반조사서상 제안된 풍화암 기초 허용 지지력을 조사하였다. 조사 결과 몇몇 현장에 제안된 풍화암 허용 지지력은 약 400~700kN/m² 수준으로 그 편차가 큰 편이며 보수적인 값으로 판단되었다. 지반의 기초 허용 지지력은 설계 초기 기초 형식 결정에 중요한 지표로, 그 결정에 따라 공사비 및 공기에 큰 영향을 줄 수 있다. 이에 본 연구에서는 적정한 풍화암 지반의 허용지지력을 평가하고자 풍화암 지반에 대하여 총 6회의 대형 평판재하시험을 실시하고 지지력 및 침하 특성을 분석하였다. 시험 결과 지지력은 모두 1,500kN/m²이상으로 평가되었으며 기존 지지력 공식과 비교하였을 때 공내재하시험에 의한 지지력 평가식이 본 시험결과와 유사함을 확인하였다. 또한 대형 평판재하시험의 하중-침하 거동 역산에 의한 지반의 탄성계수는 공내재하시험의 탄성계수(E) 값 적용이 적절하다고 평가되었다. 본 연구에서의 대형 평판재하시험 결과 및 국내 타 현장에서의 평판재하시험 사례 등을 종합하여 볼 때 풍화암 허용 지지력은 1,000kN/m² 이상으로 평가된다. 그러나 기초 침하량은 기초 크기 증가에 따라 비례하므로 구조물 허용 침하량 기준에 따라 허용 지지력은 제한되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 수치해석적 방법으로 기초 크기 및 풍화암 두께에 따른 기초 예상 침하량을 평가하였으며, 풍화암 지반상 기초 허용지지력이 1,000kN/m² 이상일 수 있는 기초 크기 및 지반 조건을 표로 제안하였다. 이는 기초 설계 초기 기초 형식 결정에 유용하다고 사료된다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제29권4호
• /
• pp.363-371
• /
• 2023

한 척의 선박을 건조하기 위해서는 다양한 크기의 블록(block)들을 이동 및 탑재해야 한다. 이러한 과정에서 블록의 체결 방법 및 각 조선소 설비 특성에 맞는 다양한 기능에 부합하는 러그를 사용하고 있다. 블록 구조의 중량 및 형태에 따라서 러그의 크기와 형상이 다양하며, 샤클(shackle)이 체결되는 홀 주변에 부족한 강성을 보완하기 위하여 덧판(doubling pad)을 용접하여 구조를 보강한다. 리프팅(lifting) 조건별 러그의 설계를 하는 방법은 보 이론(beam theory)에 의한 수계산 방법과 유한요소해석 모델링을 이용한 구조해석을 수행하고 있다. 해석적 방법의 경우, 요소의 종류와 모델링 방법에 따라서 결과 차이가 발생하여 표준화된 평가법의 정립이 필요한 상황이다. 이러한 모호한 방법론 적용 시 블록의 이동 및 반전(turn-over) 과정 중에서 심각한 안전 문제를 유발할 가능성이 있다. 본 연구에서는 러그의 실제 탑재공정에 따른 구조 응답을 평가할 수 있는 모델링 조건, 평가법을 확정하고자 다양한 변수의 영향을 수치 구조해석을 통하여 비교 및 분석하였다. 러그 홀(hole) 주변 덧판부와 용접 비드(bead)를 표현한 모델링 기법이 가장 실제적인 거동 결과를 주고 있다. 실제 러그와 동일한 조건(용접부 비드만 주재료와 연결)의 모델링에 등가하중을 적용한 결과는 MPC 하중 적용 결과보다 낮은 최종강도를 나타낸다. 더불어 해석 시간 단축을 위해서 2차원 쉘(shell) 요소를 적용한 경우, 덧판 두께를 85% 수준으로 감소시켜서 안전사용하중을 예측할 수 있음을 확인하였다. 논문에서 검토한 다양한 변수의 영향들 결과는 러그 설계 및 안전사용하중 예측에 근거 자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 생물환경조절학회지
• /
• 제32권1호
• /
• pp.48-56
• /
• 2023

고압나트륨등(high-pressure sodium, HPS 램프)은 작물 생육 발달에 필요한 충분한 양의 광합성유효방사를 제공하는 동시에 복사열을 통해 온실 난방 부하를 절감할 수 있어 겨울철 시설원예 보광 조명으로 널리 이용되고 있다. 그러나 겨울철에 생육 중기를 맞이하는 시설 과채류의 경우, 작물의 정단부가 복사열에 영향을 많이 받고, 캐노피 위치에 따라 엽온 차이가 증가될 수 있다. 또한 온실 기온 역시 보광등에서 발생한 열이 상부로 상승 및 정체되면서 불필요한 에너지 낭비 및 온도 불균일성 역시 심화될 수 있다. 따라서 본 연구의 목표는 CFD 열전달 해석을 통해 HPS 램프에 의한 열적 특성 및 생육 단계별 수평적 엽온 변화를 분석하고, 온실 내 수직적 기온 및 작물의 캐노피별 엽온을 측정하여, 온실 내 환경 균일성 제고 및 효과적 에너지 활용 방안을 모색하는 것이었다. 생육 초기, 중기, 및 후기를 대변하는 초장(1.0, 1.6, 2.2m)에서의 정단부 수평적 엽온을 CFD 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 또한 HPS 램프 작동 이후 수직적 기온과 캐노피 높이별 엽온을 측정하였다. 실험 결과, 보광 시 엽온과 기온 간의 차이가 커지고, 수직적 기온 역시 불균일해짐을 알 수 있었다. 생육 단계가 진전될수록, 고온의 복사열이 중심부에 집중되며, 상단부 수평적 엽온 편차가 커지고, 균일성 역시 떨어지는 것을 알 수 있었다. 열획득 모델을 통한 수치해석 결과, 보광등이 2022년12월 기간 난방부하에 약 50.1% 기여하는 것을 알 수 있었다. 평균절대오차 및 평균제곱근 오차는 생육 초기 및 생육 중기 모두0.5 이하로, 실측값과 예측값에 높은 일치도를 보였다. 수직적 기온 및 엽온 분포와 생육 단계별 수평적 엽온 분포에 관한 본 연구의 결과는 효율적 에너지 관리 및 작물 생육 발달에 관한 의사결정에 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다.

• 대한소아치과학회지
• /
• 제26권2호
• /
• pp.339-349
• /
• 1999

본 연구에서는 수복에 따른 치질 내부 구조물의 열적변화를 평가하기 위하여 와동이 형성된 인공 치아모형에 아말감충전, 아말감과 스테인레스 스틸관 수복, 금인레이와 금관수복, ZOE 이장 및 아말감충전 등으로 수복한 후 온도변화를 관찰하였다. 각 실험군에 $4^{\circ}C$와 $60^{\circ}C$로 2초와 4초 동안 자극을 가한 후 치아내부의 온도분포를 2차원적으로 분석하였고, 치수 중앙부에서 외측으로 층을 형성하여 3차원적인 해석을 시행한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. $4^{\circ}C$의 자극이 2초간 가해진 아말감 충전 경우, 아말감 충전과 스테인레스 스틸관을 장착한 경우에서는 $1^{\circ}C$ 내외의 차이를 보였으며, 치수와 상아질 경계면에서 3초 경과시에 $29^{\circ}C$까지 급격한 온도 하강을 보였으며 9초 후에 $25^{\circ}C$에 도달하였다. 또한 금으로 수복한 경우에서는 3초 후 $25^{\circ}C$까지 하강하여 그 온도를 유지하였으며, ZOE 이장 경우에서는 최저온도가 $4^{\circ}C$ 이상 높게 나타났다. 2. $4^{\circ}C$ 자극을 4초간 가한 경우에서는 9초 후에서 2초 자극시보다 $2-3^{\circ}C$ 낮았으며, 금 수복 경우에는 5초 후에 $21^{\circ}C$의 최저온도를 보인 후 점차 회복되었다. 3. 아말감 충전 및 스테인레스 스틸관을 같이 장착한 경우에 $60^{\circ}C$, 2초간 자극에는 3초 후 $40^{\circ}C$의 온도로서 상승하였으나 9초 후에 $30^{\circ}C$로 하강 하였으며, 금 수복에서는 2초 후 $41^{\circ}C$까지 온도가 상승하였고, 9초 후 $28^{\circ}C$를 보여 $13^{\circ}C$의 차이가 있었다. ZOE 이장 경우에는 온도차이가 $5^{\circ}C$로서 안정된 양상을 보였다. 4. $60^{\circ}C$, 4초 자극에 대한 아말감 충전 및 스테인레스 스틸관을 같이 장착한 경우에서 5초 후 $42^{\circ}C$, 9초 후 $35^{\circ}C$를 보였으나 금 수복 경우에서는 3초 후 $49^{\circ}C$, 9초 후 $31^{\circ}C$의 온도변화를 나타내었다. 5. 3차원 분석에서 치수 중앙부에서 멀어질수록 온도변화가 심하였다.