• 대한기계학회논문집B
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• 제40권11호
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• pp.745-753
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• 2016

초소형 연료전지용 메탄올-수증기 개질기의 경우 저온상태($250^{\circ}C$ 이하)에서 수증기와 반응하여 개질반응이 일어나기 때문에 수소를 효율적으로 생산할 수 있다. 본 연구는 이러한 개질기에 대하여 수치해석적 연구를 수행하였다. 먼저, 개질기 벽면 온도를 100, 140, 180, $220^{\circ}C$로 설정하였고 메탄올 전환율은 각 0, 0.072, 3.83, 46.51%로 나타났다. 다음으로 촉매의 공극률을 0.1, 0.35, 0.6, 0.85로 설정하였고, 메탄올 전환율에는 큰 차이가 없었으나 압력강하 값이 각 4645.97, 59.50, 5.12, 0.45 kPa로 나타났다. 메탄올-수증기 개질기는 $180^{\circ}C$ 이하의 온도에서는 거의 반응하지 않으며 공극률은 개질기를 흐르는 유체가 개질기와 충분히 접촉하여 활성화 에너지를 낮추어 준다면 메탄올 전환율에 크게 영향을 미치지 않는다는 것을 확인하였다.

• 대한치과교정학회지
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• 제40권2호
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• pp.66-76
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• 2010

폐쇄성 수면무호흡(obstructive sleep apnea, OSA)은 수면 중에 반복적으로 상기도의 완전폐쇄나 부분폐쇄가 일어나는 질환으로서 흡기된 공기는 반드시 상기도라는 연조직 관(tube) 구조를 통과해야 하므로 상기도의 폐쇄경향은 관의 형태 및 관을 통과하는 공기의 유체역학적 특성에 따라서도 큰 영향을 받을 수 있다. 본 연구에서는 OSA 환자 3인의 치료 전 상기도 CT 이미지를 이용하여 개별화된 3차원 유한요소모델 A, B, C를 제작하고, 비공 당 170, 200, 230 ml/s의 흡기유량에 대하여 3차원 전산유체역학 해석을 시행하였다. 상기도의 유속, 음압 그리고 압력강하를 측정한 결과 관찰된 3개의 모델에서 모두 단면적이 가장 작은 부위에서 유속이 증가하였고, 음압이 크게 나타났다. 기도의 형태는 구개인두와 구인두 부위에서 좁아지는 형태를 가지며, 최소 단면적 영역과 하인두 단면적의 차이가 클수록 유속과 음압의 변화가 크게 나타났다. 비강 부위의 최고 압력과 최소 단면적 영역의 최저 압력의 차이를 의미하는 압력강하는 상기도 저항을 종합적으로 판단할 수 있는 유용한 지표이며, 유량에 따라 증가하였다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제30권6호
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• pp.731-742
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• 2014

본 연구에서는 건물 꼭지점의 위 경도 좌표를 제공하는 GIS로부터 수치 모델의 건물 정보를 구축할 수 있는 알고리즘을 개선하였다. 이 알고리즘은 인접한 건물 꼭지점 위 경도 좌표를 지나는 선분을 순차적으로 연결하여 건물 외곽선을 구성하고, 외곽선 내부의 지점을 건물로 인식하기 때문에, Lee et al. (2009)에서 개발한 알고리즘의 한계를 개선하였고, 복잡한 형태의 건물을 실제에 가깝게 재현할 수 있었다. 본 연구에서는 GIS로부터 수치 건물을 구축할 때, 알고리즘 한계에 의해 발생한 건물 형태의 변화가 건물 주변의 흐름과 오염물질 확산에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해, 알고리즘에 의한 건물 변형이 나타날 수 있는 세 가지 형태의 건물을 대상으로 전산유체역학 모델을 이용한 수치 실험을 수행하였다. 알고리즘 한계에 의해 발생한 건물 변형은 풍하영역의 흐름 패턴에는 상대적으로 작은 영향을 미쳤으나, 건물 사이의 공간에 나타나는 소용돌이와 같은 건물 규모 대기 현상의 수치 모의에는 매우 중요한 영향을 미쳤다. 건물 변형에 따른 건물 사이 공간의 축소는 건물 주위에 나타날 수 있는 소용돌이를 전혀 모의하지 못하거나 소용돌이 규모를 과소 모의 하는 등의 결과를 초래하였다. 건물 변형에 따른 평균 바람장 변화는 건물 주변 지역에서 배출된 스칼라 오염물질의 확산 패턴에도 큰 영향을 미침을 확인할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권10호
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• pp.1185-1191
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• 2014

가스터빈 블레이드는 증기터빈 블레이드와 달리 냉각홀 및 냉각유로를 포함한 복잡한 형상으로 되어 있으며 복합화력의 운전특성에 따라 반복적이거나 지속적인 열-기계 하중 조건 하에서 운전된다. 따라서 블레이드는 운전시간에 따라 균일하지 못한 온도 분포나 응력 분포를 보이며, 이는 크리프나 열-기계피로 손상을 유발하며, 결국 가스터빈 블레이드의 수명을 단축시킨다. 결국 다양한 운전 조건에 따라 발생하는 응력을 정확하게 계산하는 것은 설비의 신뢰성을 보장하고 나아가 블레이드와 같은 고온 부품의 정확한 수명을 평가하는데 무엇보다 중요하다. 최근 들어 컴퓨터 기능이 좋아지고 상용 소프트웨어의 성능이 향상되어 실증 시험에 대한 대안으로 유동, 열 및 구조해석을 연결하는 전산해석이 많이 사용되고 있다. 본 논문에서는 가스터빈 실 운전조건을 고려하여 유동-열-구조 해석 기법을 연계하는 유체-구조 연성해석을 통해 블레이드 온도 및 응력분포를 계산하였다. 또한 해석 결과를 토대로 대표적인 손상기구인 크리프 및 열-기계 피로 손상 모델을 이용하여 블레이드의 수명을 평가하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제26권5호
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• pp.561-568
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• 2020

본 논문에서는 상용코드인 ANSYS CFX를 통한 해양레저 스포츠 및 야외 활동 시 사용 가능한 휴대용 수평축 수차의 유입유속(U) 및 주속비(TSR, Tip Speed Ratio) 변화에 따른 성능해석을 수행하였으며, 해석결과 및 유동장 분석을 통해 설계에 대한 검토 및 장치의 성능을 확인하였다. 또한, 추가적으로 블레이드의 피치각도(α_pitch) 변화에 따른 성능해석을 통해 수차의 성능개선에 필요한 데이터를 획득하고자 하였다. 본 논문의 연구 결과 수치해석 케이스 중 주속비 4인 경우, 모든 유입속도 및 블레이드 피치 각도에서 가장 높은 성능을 보였으며, 설계 유속 이하의 일부 조건에서도 설계 출력인 30 W 이상의 출력을 보였다. 그리고 수치해석 케이스 중 가장 높은 출력과 출력계수는 유입유속 1.5 m/s, 블레이드 피치 각도 3°, 주속비 4에서 보였으며, 출력 약 85 W, 출력계수 약 0.30이었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권2호
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• pp.249-260
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• 2014

열차가 고속으로 터널을 진입할 때 압축파가 발생하게 된다. 이 압축파가 터널 출구부에 도달하면 일부는 외부로 방출되고 일부는 팽창파의 형태로 반사되어 터널내부로 전파된다. 이러한 파는 충격파의 형태로 외부로 방출되는데, 이를 미기압(micro pressure wave)이라고 한다. 미기압파는 터널 출구부에 소음 및 진동문제를 일으키며, 이 현상이 클수록 민가 및 주변 유리창에 손상과 거주자의 불안을 일으키는 원인이 된다. 따라서 고속철도 건설을 위해서는 미기압에 대한 대책과 이에 대한 예측이 필요한 실정이다. 이에 본 연구는 운영중인 터널에서의 미기압 측정사례와 터널내 압력기울기에 대한 수치해석을 통하여, 차량의 전두부 형상 및 터널 갱구부 형상에 따른 영향을 분석하였다. 그 결과로, 본 연구에서는 미기압파의 강도를 예측하는 방법을 제시하였으며, 이를 통해서 터널 연장과 단면적에 따른 미기압 강도를 해석하였다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.171-179
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• 2014

썬루프 버페팅 현상은 차량 주행시 발생하는 주요 바람소리 문제점 중 하나이다. 버페팅 문제점을 해결하기 위해서 전산 해석을 적용한다면, 실험적 방법보다 비용을 절감할 뿐 아니라 발생 원리 또한 규명할 수 있다. 그러나 전산 해석을 이용하기 위해서는 해석 결과의 정확성이 보장되어야 실제 차량 개발에 적용할 수 있다. 이 연구에서는 해석적 방법의 정확도 향상을 위해 주요 상업용 전산해석 소프트웨어들의 썬루프 버페팅 현상 예측에 대한 벤치마크 테스트를 수행하였다. 해석 대상은 차량의 형상을 간략하게 만든 HSM(Hyundai simplified model)을 이용하였고, 정확도 비교를 위해 속도별 버페팅 현상에 대한 실험을 현대자동차 공력무향풍동에서 실차내부의 흡음재에 의한 효과를 해석적으로 고려하기 위해 음향 응답 실험을 수행하여 해석 결과 정확도 향상을 위해 각 상용 소프트웨어 제작사에 해석 전에 제공 하였다. 이 연구를 통해 대부분의 상용 소프트웨어들이 실험결과와 유사한 해석 결과를 도출하였다. 또한, 실제 차량 개발에서 적용하기 위한 해석 예측 우선순위를 서로 공유하여 추가 해석을 통해 차량 개발에 적용 가능한 보다 정밀한 해석 정확도를 얻어낼 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권3호
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• pp.173-179
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• 2016

본 연구에서는 전산유체역학 상용코드를 이용하여 수소 개질기의 곡유로 채널형에 대하여 수치해석적 연구를 수행하였다. 선행연구모델에 대한 수치해석 모델과 다른 관 형태의 곡유로 채널을 모델링하여 수치해석적으로 비교하였다. 4가지 타입의 곡유로 채널형 개질기의 수치해석 결과 메탄올 전환율은 타입1~4까지 각각 45.0%, 45.3%, 45.6%, 45.6%로 ${\pm}0.6%$ 포인트의 차이로 거의 차이가 없음을 나타내었다. 유동특성에 대해서는 사각타입의 관과 45도 곡관의 각도를 가지는 타입2에서 상대적으로 가장 균일한 유동 특성 및 메탄올 농도 분포를 보였으며, 원형타입의 관과 90도 곡관의 각도를 가지는 타입3에서 상대적으로 가장 불균일한 유동특성 및 메탄올 농도분포 특성을 나타내었다. 곡유로 채널형 개질기의 설계 시에는 45도 곡관의 각도를 가지는 타입과 같이 사각타입의 관과 45에 가까운 곡관의 각도를 가지도록 설계해야 한다는 결과에 도달하였다.

• 한국음향학회지
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• 제39권5호
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• pp.379-389
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• 2020

본 논문에서는 무선진공청소기용 팬 모터 단품의 유량 및 소음성능을 향상시키기 위하여 무선청소기 유로를 통하여 공기를 흡입하는 임펠라에 대한 최적설계를 수행하였다. 우선, 팬 모터 단품, 특히 임펠라의 유동장을 분석하기 위하여 비정상, 비압축성 Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)에 기초하여 해석하였다. 예측한 유동장 정보를 입력값으로 Ffowcs-Williams and Hawkings(FW-H) 방정식을 사용하여 임펠라로부터 방사되는 소음을 수치적으로 예측하였다. 유량과 소음에 대한 수치해석 결과를 실험을 통해 측정한 팬 모터 단품의 P-Q 곡선과 음압 스펙트럼과 비교하여 사용한 수치방법의 유효성을 확인하였다. 수치해석결과로부터 임펠라 날개의 코드방향 중간부분의 급격한 곡률 변화로 인하여 강한 와류가 형성되는 것을 확인하였다. 와류는 유동에는 손실로 소음에는 소음원으로 작용하기 때문에 기존의 임펠라를 재설계하여 와류를 개선하고자 하였다. 2인자 반응표면방법을 사용하여 최대유량과 최소소음을 나타내는 입·출구 뒷젖힘각(sweep angle)을 결정하였다. 최종 선정된 설계안에 대한 추가 해석을 통하여 유량성능과 소음성능이 개선됨을 확인하였다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제39권2호
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• pp.70-80
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• 2014

방사성오염 물질의 대기 중 확산에 대한 해석은 일반적으로 보수적인 결과를 도출하기 위하여 가우시안 플룸식을 적용한다. 본 연구에서는 가우시안 플룸식을 사용할 경우 반영하기 힘든 복잡지형에 대해 보다 상세하게 공기 흐름과 방사성물질의 이동확산을 해석하기 위하여, 전산유체역학을 이용하여 월성 원자력발전소 부지에 대한 수치해석 연구를 수행하였다. 그 결과, 북서쪽에 위치한 산과 남동쪽에 위치한 바다로 인해 북서풍과 남동풍의 경우에는 지형으로 인한 공기 흐름의 변화가 크게 나타났다. 북서풍은 대기가 산 지형을 따라 흐르면서 수직방향으로 가장 불안정한 흐름을 보이며, 남동풍은 대기가 안정적으로 원전 쪽으로 흘러 들어오나 건물과 지형에 의해 흐름을 방해받아 유동이 급격하게 불안정해진다. 반면 지형에 의한 공기 흐름 방해가 작은 북동풍과 남서풍은 원전 건물에 의해 공기의 흐름이 방해를 받아 건물 뒤쪽으로 후류영역이 크게 형성됨을 확인하였다.