• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년 영문 학술대회
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• pp.671-679
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• 2008

The effect of Pre-cooled Turbojet Engine installation and nozzle exhaust jet on Hypersonic Turbojet EXperimental aircraft(HYTEX aircraft) were investigated by three-dimensional numerical analyses to obtain aerodynamic characteristics of the aircraft during its in-flight condition. First, simulations of wind tunnel experiment using small scale model of the aircraft with and without the rectangular duct reproducing engine was performed at M=5.1 condition in order to validate the calculation code. Here, good agreements with experimental data were obtained regarding centerline wall pressures on the aircraft and aerodynamic coefficients of forces and moments acting on the aircraft. Next, full scale integrated analysis of the aircraft and the engine were conducted for flight Mach numbers of M=5.0, 4.0, 3.5, 3.0, and 2.0. Increasing the angle of attack $\alpha$ of the aircraft in M=5.0 flight increased the mass flow rate of the air captured at the intake due to pre-compression effect of the nose shockwave, also increasing the thrust obtained at the engine plug nozzle. Sufficient thrust for acceleration were obtained at $\alpha=3$ and 5 degrees. Increase of flight Mach number at $\alpha=0$ degrees resulted in decrease of mass flow rate captured at the engine intake, and thus decrease in thrust at the nozzle. The thrust was sufficient for acceleration at M=3.5 and lower cases. Lift force on the aircraft was increased by the integration of engine on the aircraft for all varying angles of attack or flight Mach numbers. However, the slope of lift increase when increasing flight Mach number showed decrease as flight Mach number reach to M=5.0, due to the separation shockwave at the upper surface of the aircraft. Pitch moment of the aircraft was not affected by the installation of the engines for all angles of attack at M=5.0 condition. In low Mach number cases at $\alpha=0$ degrees, installation of the engines increased the pitch moment compared to no engine configuration. Installation of the engines increased the frictional drag on the aircraft, and its percentage to the total drag ranged between 30-50% for varying angle of attack in M=5.0 flight.

• 공업화학
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• 제32권6호
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• pp.613-620
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• 2021

고분자전해질 연료전지의 유로 형상은 내부 유동의 균일성에 영향을 주는 변수이다. 유로 내에서 반응물 분포가 균일하지 않을 경우, 지속적인 운전 과정에서 촉매의 열화 및 고분자 막의 기계적 손상이 야기되며 연료전지의 내구 수명 저하로 이어진다. 연료전지에서 원활한 반응물 공급과 균일한 농도 분포를 위하여 유로 형상에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 유로의 배플은 유체의 강제 대류를 야기해 연료전지의 성능을 개선할 수 있고, 유로 중간에 새로운 반응물 공급 통로(서브 채널)를 만들어 반응물 농도 증가와 원활한 물 배출로 물질 전달 손실을 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 전산 유체 계산을 통하여 블록과 서브 채널을 적용한 유로가 연료전지의 전류밀도와 산소 농도에 미치는 영향을 분석하였다. 블록과 서브 채널이 유로에 구성되었을 때, 한계전류밀도가 증가하였고 블록 후단의 산소 농도가 회복되었다. 블록이 2개 이상 있을 때 블록 사이에 서브 채널을 배치할 경우 전류밀도 증가 폭이 더욱 커졌다. 또한 추가 공급되는 공기의 공급 위치에 따른 산소 농도를 분석하여 서브 채널이 블록 후단의 낮아진 산소 농도를 회복할 수 있었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권5호
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• pp.617-626
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• 2019

본 연구는 가스추진 174K급 LNG 운반선의 가스 압축기실에서 발생하는 가스누출 모사를 통해 가스탐지기의 최적 위치를 분석하였으며, 새로 개정된 IGC 코드에 명시된 안전규정을 만족하는 합리적인 방법도 함께 제안하였다. 가스압축기실에서의 LNG 가스누출 수치해석을 위해, 실제 ME-GI 엔진이 장착된 174K급 LNG 운반선의 압축기실 형상과 장비, 배관의 배치와 같은 치수로 3D 설계되었다. 가스누설에 대한 시나리오는 305 bar의 높은 압력과 1 bar의 낮은 압력을 적용하여 진행하였다. 고압용 핀홀의 크기는 4.5, 5.0, 5.6 mm이고 저압용은 100, 140 mm이다. 해석 결과, 5.6 mm 핀홀(고압)과 100, 140 mm 핀홀(저압) 상태의 누출에 대한 환기평가에서 가연성 가스농도는 심각한 위험이 없음을 확인하였다. 그러나 개정된 IGC 코드에 따라 설치된 압축기실의 가스 감지 센서의 실제 위치는 다른 지점으로 이동해야 하고, 측정 지점이 현 규정에서 요구하는 것보다 더 추가되어야 함을 확인하였다.

• 한국환경생태학회지
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• 제34권5호
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• pp.466-482
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• 2020

본 연구는 도로에서 발생하는 미세먼지 농도가 도시 개발 형태에 따라 인접 생활권별로 어떻게 확산되는지 시뮬레이션을 통해 파악하고자 하였다. 연구는 경상남도 밀양시청 앞 6차선 도로를 중심으로 한 도로영향권 시가지를 대상으로 진행하였다. 시뮬레이션 프로그램인 ENVI-met 모델을 가로녹지 유무, 도로변 건축물의 높이에 따라 변수를 조정하여 미세먼지 농도의 확산정도를 파악하였다. 모델링 결과 도로변 건물이 고층으로 형성되어 있고 가로녹지가 조성되어 있는 경우 인접 생활권으로 확산된 미세먼지 농도가 가장 낮았으며, 다음으로는 고층건물군에 가로녹지가 없는 상태의 농도가 낮았다. 반면 저층건물군이 형성된 경우에는 가로녹지 유무에 관계없이 인접생활권으로 확산된 미세먼지 농도는 높게 나타났다. 고층건물의 경우 빌딩풍에 의해 건축물 주변으로 강한 바람이 형성되는 만큼 바람에 의해 미세먼지가 빠르게 외부로 확산되어 농도가 낮아지는 것으로 확인할 수 있었다. 반면 가로녹지 조성이 도로변 생활권에 미치는 미세먼지 저감효과는 뚜렷하지 않았다. 특히 도로변 건축물이 저층일 경우 가로녹지를 조성과 생활권미세먼지농도변화와 관련성은 없는 것으로 확인되었다. 본 연구는 미세먼지가 도로에서만 발생하는 것을 가정하여 모델링을 진행한 것으로 향후 다양한 변수에 따른 미세먼지 확산모형 연구 및 현장연구의 보완을 필요로 하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.679-686
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• 2018

지하철 터널 내에 축적된 미세먼지와 초미세먼지를 제거하기 위해서는 새로운 형식의 분진흡입차량이 필요하다. 따라서 최근 개발된 분진흡입차는 초미세먼지 제거를 위한 흡입시스템과 사이클론형식의 전처리부 및 전기집진기를 장착하고 있다. 본 논문에서는 집진차량의 하부에 설치된 먼지 흡입시스템이 다양한 크기의 먼지입자를 효과적으로 흡입하고 처리하기 위해 사이클론형식의 전처리부가 포함된 집진시스템을 설계하고 집진효율을 ANSYS FLUENT의 전산유체해석을 통해 확인하였다. 흡입구와 사이클론형 프리필터가 연결된 격자모델을 기반으로 공기유동과 상차분모델(Discrete Phase Model)을 이용하여 다양한 입자의 크기와 종류 및 흡입팬의 용량에 따른 입자의 거동을 해석하였다. 다양한 입자의 크기와 종류, 흡입팬의 용량에 대해서 해석결과 집진차량의 운영속도 5km/h에서 미세먼지처리를 위해서는 흡입팬의 용량 $1500m^3/min$에서 흡입구가 궤도면으로부터 약 100mm이내일 때 $100{\mu}m$ 이하 크기의 먼지를 모두 처리할 수 있음을 확인하였다. 이러한 흡입구와 사이클론형식의 프리필터를 탑재한 터널집진차량은 후단에 설치된 전기집진기의 부하를 줄이고, 지하 터널내의 미세먼지와 초미세먼지의 제거에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제15권2호
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• pp.173-180
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• 2017

본 연구에서는 한국원자력연구원의 핵연료가공시설 굴뚝 내에서 9곳의 시료채취 위치를 선정하여 ANSI/HPS N13.1-1999 지침에서 제시하는 기준에 따라 그 적절성을 평가하였다. 유체를 포함한 다중물리 해석 소프트웨어인 COMSOL을 활용하여 유동교란 지점으로부터 굴뚝 직경의 배수 높이 위치(L/D) 단면에서의 속도분포, 유동각 및 $10{\mu}m$ 크기의 입자분포 등의 항목에 대하여 기준만족 여부를 평가하였다. 평가 결과, 5 L/D 이상에서 속도분포에 대한 기준을 만족했으며, 평균 유동각에 대한 기준은 모든 위치에서 만족했다. 입자분포에 대한 기준은 5 L/D 와 9 L/D 에서 만족하였으나, 그 분포가 일부에서 기준을 만족하지 못하였다. 균일한 입자분포를 얻기 위한 방법으로 굴뚝 내 정적 혼합장치(static mixer)와 둘레링(perimeter ring)을 추가하는 것을 제안하고, 이에 대한 평가를 수행하였다. 정적 혼합장치를 추가한 경우에는 5-10 L/D, 둘레링을 추가한 경우에는 5 L/D 및 7-10 L/D 에서 입자분포에 대한 기준을 만족하였다. 보완을 위하여 추가한 2 가지 조건에서, 입자분포에 대한 기준을 만족하는 지점은 속도분포 및 평균 유동각에 대한 기준 역시 만족하고 있음을 확인하였다. 본 연구에서 사용한 방법은 신규시설뿐만 아니라, 현장입증시험 수행이 어려운 운영중인 시설에 대하여 시료채취 위치의 적절성을 평가하기 위한 방법으로 활용될 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권8호
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• pp.41-47
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• 2017

새로운 기술의 도입과 정교함이 더해진 최근의 지상무기가 지능형 포탄의 발달로 이어졌으며 주요 선진국의 관심을 이끌었다. 본 연구에서는 회전운동을 하는 비행체에 대한 공력 데이터를 확보하기 위해 BLU-103 모델을 통한 전산유체역학해석을 수행하였다. 먼저 회전하는 비행체의 정상해석 기법을 모사하기 위해 동체는 고정시키고 주변의 공기를 회전시켜 동체가 회전 하는 것과 같은 원리를 이용하였다. 회전운동 하는 비행체의 공력 타당성을 검토하기 위해 단순형상에 대해 받음각 0도에서 90도, 옆 미끄럼각 0도에서 90도까지 각각 30도 간격으로 고려하여 해석을 수행하였다. Drag book에 제시되어 있는 항력 값을 통해 단순모델에 대한 항력계수가 1.0 ~ 1.2의 정량적 결과를 만족한다는 사실을 확인하였다. 단순형상에서의 해석조건을 통해 검증 된 유효한 입력 값을 동일하게 실제형상에 적용하여 회전 유무에 따른 공력데이터베이스를 구축하였고 경향성을 분석하였다. 분석 결과 단순모델 뿐 아니라 실제 모델의 회전 시 축력계수, 수직력 계수, 측력 계수가 증가한다는 사실을 확인 하였고 특히 수직력 계수의 영향이 크게 작용되어 비행에 유리할 것이라 판단하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권8호
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• pp.783-789
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• 2012

본 연구에서는 나선형 튜브내의 난류 열전달 및 하중 특성을 수치해석 방법을 이용하여 파악하였다. 열교환기와 같은 공학적 설비에서 관내 열전달을 향상시키기 위해 튜브의 형상을 나선형으로 설계한다. 이에 나선형 튜브내의 열전달 및 난류 특성에 대한 많은 실험적 연구가 이루어 졌으나, 대부분의 연구가 압력 강하 및 열전달 상관관계에 초점이 맞추어 진행되었다. 나선형 튜브내의 유동은 원심력에 의해 튜브 바깥쪽에서는 상대적으로 높은 열전달 및 전단응력이 발생하지만, 안쪽에서는 낮은 열전달 및 전단응력이 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 튜브의 원주방향으로 발생하는 전단 응력 및 Nusselt 수의 변화를 Reynolds 수와 나선 코일의 지름을 변경하며 정량적으로 살펴보았다. 나선 코일 안쪽에서 국부적인 전단응력과 열전달율이 크게 낮게 특정되었으며, 이는 튜브 재질의 안정성에 영향을 미칠 것으로 판단되었다. 또한 본 연구에서는 마찰계수와 Nusselt 수에 대한 기존 상관관계식을 검증하였으며, 직관에서의 마찰계수와 Nusselt 수의 상관관계식이 나선형 튜브의 형상에도 적용될 수 있음을 관측하였다. 본 연구의 결과는 열교환기나 증기발생기의 안전성 평가를 위해 중요한 데이터로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제25권4호
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• pp.103-109
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• 2011

본 연구에서는 초고층 건축물 화재 시 피난 안전 구역이 있는 피난 층에서 화재실로부터 발생하는 연기의 거동을 파악하기 위하여 상용코드를 사용하여 수치해석을 하였다. 화재를 모사하기 위하여 10 MW의 발열량에 해당하는 온도와 속도를 이용하여 부력 plume을 적용하였으며 종 보존 방정식을 이용하여 화재 연기 거동을 예측하였다. 피난 안전 구역에 제연 댐퍼를 설치하여 급기 가압 제연 시스템을 적용하였으며 화재실 문이 열린 경우 25 $m^3/s$, 화재실과 부속실 문이 동시에 열린 경우 50 $m^3/s$의 제연 댐퍼송풍량은 화재 안전 기준 NFSC 501-A를 만족하며 충분히 제연이 가능하다는 것을 확인하였다. 부속실문이 열린 경우, 화재실의 문이 닫혀 있더라도 문과 벽 사이의 틈새 면적으로 연기가 피난 안전 구역으로 유입될 가능성이 있다. 또한, 50 $m^3/s$ 높은 송풍량으로 제연 중 화재실 문이 닫힐 경우 피난자가 화재실에 고립될 가능성을 확인하였다. 그러므로 피난자의 안전을 위해 제연 송풍량의 조절이 필요하며 본 연구에서는 피난 시나리오에 따른 적절한 송풍량을 제안한다.

• 해양환경안전학회지
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• 제21권6호
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• pp.751-758
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• 2015

공조시스템의 소음 예측은 주로 NEBB에서 제안한 경험적인 방법에 의해 수행된다. 그러나, NEBB에서 제안한 방법은 선박에만 있는 대형 덕트의 요소를 반영하지 못하므로 선박에 적용하는데 한계가 있다. 본 논문에서는 선박용 대형 덕트의 소음 예측을 위한 전산해석방법을 연구하였다. 경계요소법을 사용하여 대형 덕트의 단위 길이당 소음 감소량에 대한 추정식을 개발하였고, 경계요소법과 전산유체역학을 사용하여 보강재가 설치된 대형 덕트에서의 유동기인소음을 예측하였다. 유입 유속이 10m/s, 보강재의 종류가 200플랫 바인 경우 100 dB 이상의 큰 소음이 발생하는 것을 알 수 있었다. 또한, 경계요소법과 유한요소법을 사용하여 덕트 투과 소음을 예측하였다. 덕트 내부와 외부의 음압 값 차이는 대략 10~15 dB정도 인 것을 알 수 있었다. 이를 통해 조선소에서는 대형 덕트를 포함한 선박 HVAC 소음 예측을 할 수 있을 것으로 기대한다.