• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제30권2호
• /
• pp.119-125
• /
• 2017

로켓 노즐에 적용되는 내열재는 고온의 연소가스에 노출되어 표면이 파괴되고 내부의 수지재질이 열분해되는 복잡한 열화학적 변화를 겪으며 이러한 현상을 예측해야 노즐의 내열설계가 가능하다. 따라서 본 연구에서는 로켓 노즐 유동장과 탄소계 내열재의 표면삭마 및 내부 열반응을 통합하는 코드를 개발하여 노즐의 표면변화와 내열재 내부의 열응답을 도출하고자 하였다. 노즐 열유동장에서 발생하는 표면 열유속과 내열재 내부 열전도를 계산하기 위해 CFD를 사용하였으며 내열재 내부에서 발생하는 밀도변화와 흡열반응을 내부 에너지 방정식에 고려하였다. 또한 내열재 표면에서의 삭마계산을 위해 경계층 가정이 적용된 대수식을 이용하였다. 개발된 해석기법을 검증하기 위해 소형 시험모터에 대한 해석을 수행하였으며 해석결과 노즐 목의 삭마가 다소 크게 예측되었으나 내열재 형상변화 및 내부 열전도가 잘 해석되는 것을 확인하였다. 또한 실험에서 측정된 온도와 비교 시 가열 구간에서 유사한 가열 속도를 나타내는 것을 확인하였으며 온도 오차는 100K 내외로 나타났다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제39권11호
• /
• pp.1145-1151
• /
• 2015

항공기 및 엔진의 성능 극대화와 운용 유지비 최소화로 인하여 고압터빈 구성품은 점점 더 가혹한 환경에서 장시간 운용을 요구 받고 있다. 이를 해결하기 위해 냉각 극대화, 재료의 고급화, 코팅 기술 적용 등과 함께 재료 모델링, 유한요소해석, 통계적 기법 등의 수치적 해석 방법이 광범위하게 활용되고 있다. 본 연구에서는 일방향 응고 재료의 1 단 고압터빈 노즐의 운용 환경인 터빈 노즐 입구온도분포와 장착조건의 변화에 따른 노즐의 구조 건전성을 저주기 피로 수명을 통해 평가하고 가장 유리한 조건을 모색하고자 한다. 이를 위해 냉각 설계에 의한 노즐의 금속 온도 분포는 복합 열전달 해석을 통해 얻으며, 이를 근거로 탄소성 해석을 수행하고 그 결과를 기초로 저주기 피로 수명을 평가하였다.

• 청정기술
• /
• 제24권1호
• /
• pp.50-54
• /
• 2018

본 연구에서는 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine, DETA) 수용액에 물리흡수제인 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP)을 도입한 저수계 흡수제에서 이산화탄소 포집에 따른 흡수제의 상분리 현상을 고찰하였다. 2 M DETA 수용액에서 NMP 조성이 30 wt%를 초과하면 $CO_2$ 흡수에 따라 흡수제의 상이 분리되는데 그 이유는 DETA-카바메이트 이온종의 NMP에 대한 낮은 용해도로 설명할 수 있다. 흡수제 내에서 NMP의 조성이 증가함에 따라 상분리 된 흡수제의 상층과 하층의 이산화탄소 로딩 차이가 커지고 하층의 부피가 감소하게 된다. 2 M DETA + NMP + 물 혼합 흡수제를 이용하여 충진탑에서의 이산화탄소 포집을 실시할 경우 흡수제 내 NMP조성이 40 wt%에 이르면 흡수속도가 줄어드는 것으로 확인되었다. 이는 이산화탄소 흡수에 따른 점도 증가로 인한 흡수제 액막에서의 물질전달 저항 때문으로 해석된다. DETA + NMP + 물로 구성된 저수계 흡수제를 이산화탄소 포집에 적용하면 상분리에 따른 이산화탄소-rich 상 부피 감소로 재생에너지를 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제35권10호
• /
• pp.710-716
• /
• 2013

대기 오염, 기후 변화 등 환경 문제와 자원 고갈로 인해 화석 연료를 대체할 에너지에 많은 관심이 집중되고 있다. 폐바이오매스의 에너지화 분야에서도 다양한 연구가 이루어지고 있다. 폐목질계 바이오매스의 급속열분해는 바이오매스 에너지화 기술 중 하나로 액상 연료를 생산할 수 있다. 바이오매스의 급속열분해에는 주로 기포유동층 반응기가 쓰이고 있으며, 기포유동층 급속열분해 반응기에서는 반응물에 열을 효과적으로 전달하기 위하여 고체입자의 유동매체를 이용한다. 이러한 기포유동층 반응기에서 유동층 내 고체 입자의 움직임과 혼합은 기포의 거동에 영향을 받는다. 이로 인해 열전달 현상이 달라지고 결과적으로는 폐목질계 바이오매스의 급속열분해 반응 속도가 변한다. 따라서 본 연구에서는 기포유동층 반응기 내부의 수력학적 특성과 폐목질계 바이오매스 급속열분해 반응에 관한 연구를 수행하였다. 반응기내의 기체-고체 유동에 대해 Eulerian-Granular 방법을 사용하여 반응기를 시뮬레이션 하였으며, two-stage semi-global reaction model로 폐바이오매스의 급속 열분해반응을 모사하였다. 결과를 살펴보면, 유동층 내에서 기포들이 생성되고 상승하면서 크기가 증가한다. 이러한 기포의 거동에 의해 기포 주위의 고체 입자는 여러 방향으로 움직이게 된다. 고체 입자상의 활발한 움직임으로 바이오매스 입자가 유동층에 골고루 퍼져 일차 반응이 유동층 전반에서 일어난다. 그리고 일차 반응 중 타르가 생성되는 반응 속도가 가장 높게 나타난다. 그 결과 기체상 생성물 중 타르가 약 66 wt.%로 가장 많이 발생한다. 반면 이차 반응은 유동층에서보다 freeboard에서 더 많이 일어난다. 따라서 기포의 거동이나 입자의 움직임에 의한 영향은 일차 반응보다 상대적으로 적을 것으로 판단된다.

• 한국광학회지
• /
• 제9권4호
• /
• pp.221-226
• /
• 1998

$Er_2O_3$를 첨가한 $PbO-Bi_2O_3-Ga_2O_3$ 삼성분계 중금속 산화물 유리로부터 발생하는 $1.5\mu\textrm{m}$와 2.7$\mu\textrm{m}$ 등의 형광에 대하여 복사 천이율, 형광 수명, 흡수 및 유도 방출 단면적 등을 조사하였다. 중금속 산화물 유리의 낮은 포논 에너지($~500cm^{-1}$)로 인하여 기존 산화물 유리로부터 관찰할 수 없었던 형광들의 양자 효율이 크게 높아졌으며 방출 단면적도 증가하였다. 한편, 798 nm 여기광의 상향 전이를 통한 녹색과 적색의 형광이 방출됨을 확인하였고, 각 에너지 준위의 형광 수명을 이용하여 다중포논 완화(multiphonon relaxation)를 정량적으로 규명하였다. $Er^{3+}:^4S_{3/2}{\rightarrow}^4I_{15/2}$ 천이에 의한 녹색 형광은 기지 유리(host glass)의 밴드 갭(band gap)흡수에 의한 비복사 천이의 영향을 받으므로 이 형광의 양자 효율을 높이기 위해서는 유리를 불활성 기체 분위기에서 용융하거나 자외선쪽 투과단이 짧은 유리 망목 형성제(glass-vetwork former)가 첨가된 기지 조성을 선택하는 것이 바람직하다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
• /
• pp.77-77
• /
• 2000

Titanium oxide (TiO2) thin films have valuable properties such as a high refractive index, excellent transmittance in the visible and near-IR frequency, and high chemical stability. Therefore it is extensively used in anti-reflection coating, sensor, and photocatalysis as electrical and optical applications. Specially, TiO2 have a high dielectric constant of 180 along the c axis and 90 along the a axis, so it is highlighted in fabricating dielectric capacitors in micro electronic devices. A variety of methods have been used to produce patterned self-assembled monolayers (SAMs), including microcontact printing ($\mu$CP), UV-photolithotgraphy, e-beam lithography, scanned-probe based micro-machining, and atom-lithography. Above all, thin film fabrication on $\mu$CP modified surface is a potentially low-cost, high-throughput method, because it does not require expensive photolithographic equipment, and it produce micrometer scale patterns in thin film materials. The patterned SAMs were used as thin resists, to transfer patterns onto thin films either by chemical etching or by selective deposition. In this study, we deposited TiO2 thin films on Si (1000 substrateds using titanium (IV) isopropoxide ([Ti(O(C3H7)4)] ; TIP as a single molecular precursor at deposition temperature in the range of 300-$700^{\circ}C$ without any carrier and bubbler gas. Crack-free, highly oriented TiO2 polycrystalline thin films with anatase phase and stoichimetric ratio of Ti and O were successfully deposited on Si(100) at temperature as low as 50$0^{\circ}C$. XRD and TED data showed that below 50$0^{\circ}C$, the TiO2 thin films were dominantly grown on Si(100) surfaces in the [211] direction, whereas with increasing the deposition temperature to $700^{\circ}C$, the main films growth direction was changed to be [200]. Two distinct growth behaviors were observed from the Arhenius plots. In addition to deposition of THe TiO2 thin films on Si(100) substrates, patterning of TiO2 thin films was also performed at grown temperature in the range of 300-50$0^{\circ}C$ by MOCVD onto the Si(100) substrates of which surface was modified by organic thin film template. The organic thin film of SAm is obtained by the $\mu$CP method. Alpha-step profile and optical microscope images showed that the boundaries between SAMs areas and selectively deposited TiO2 thin film areas are very definite and sharp. Capacitance - Voltage measurements made on TiO2 films gave a dielectric constant of 29, suggesting a possibility of electronic material applications.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제57권4호
• /
• pp.559-564
• /
• 2019

본 연구는 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유를 전기방사공정 및 후 열처리 공정을 통해 합성했다. 용액에 polystyrene (PS) 나노비드를 첨가하여 방사된 섬유는 열처리 과정을 통해 PS가 제거됨으로써 구조체 내 기공이 균일하게 생성되었으며 이는 구조체 내로 열 전달 및 가스의 침투를 원활히 함으로써 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유가 합성될 수 있었다. 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유를 리튬 이차전지의 음극활물질로 적용한 결과, $1.0A\;g^{-1}$의 높은 전류밀도에도 불구하고 300 사이클 동안 $815mA\;h\;g^{-1}$ ($646mA\;h\;cm^{-3}$)의 높은 가역 용량을 유지했다. 반면 $ZnCo_2O_4$ 나노 분말은 300 사이클 후 $487mA\;h\;g^{-1}$ ($450mA\;h\;cm^{-3}$)의 방전 용량을 나타냈다. 계층적 구조를 갖는 중공형 $ZnCo_2O_4$ 나노 섬유의 우수한 리튬 저장 특성은 중공 구조 및 섬유 표면을 구성하는 $ZnCo_2O_4$ 나노결정에 기인한 결과이다. 본 연구에서 제안한 계층적 구조를 갖는 중공형 나노 섬유 구조체는 다양한 금속 산화물로 확장 적용이 가능하며 에너지 저장 분야를 포함한 여러 분야에 응용 가능하다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제57권4호
• /
• pp.525-530
• /
• 2019

고체산화물 연료전지의 성능과 안정성은 전극의 기공률, 기공 분포와 전해질의 치밀도, 두께에 따라 결정 된다. 연료극의 기공률과 기공 분포는 활성면적와 연료 흐름에 영향을 주고, 전해질의 치밀한 미세구조와 두께는 단위전지의 Ohmic 저항에 영향을 준다. 하지만 이를 위해 값 비싼 공정 장비를 이용하거나 여러 단계의 제작 공정이 추가 될 경우 단위전지 제작비가 증가하므로 상업화를 목표로 하는 연구에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 위와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 상용 소재 기반의 NiO-YSZ 연료극을 선정 후 간단한 혼합 방법 및 일축가압 성형법과 담금코팅(dip coating) 공정을 사용하여 저비용 고효율의 세라믹 공정 기반의 고성능 단위전지를 제작하였다. 연료극의 기공률은 기공형성제로서 사용되는 카본 블랙(CB, carbon black)의 첨가량(10~20 wt%)과 최종 소결온도($1350{\sim}1450^{\circ}C$)를 변경하며 제어하였고, YSZ 전해질의 두께와 미세구조는 담금코팅 슬러리의 고상 분말량(YSZ, 1~5 vol%)을 제어하여 치밀한 박막의 전해질을 구현하고자 하였다. 그 결과 Ni-YSZ 연료극에서 최적의 값으로 잘 알려진 40%의 기공률은 카본 블랙을 15 wt% 첨가하고최종소결온도를 $1350^{\circ}C$로설정함으로써얻을수있었다. 담금코팅을통한 YSZ 두께는 $2{\sim}28{\mu}m$까지 제어가 가능하였고, 3 vol%의 고상분말량에서 치밀한 전해질 미세구조가 형성되었다. 최종적으로 40%의 기공률을 갖는 Ni-YSZ 연료극, $20{\mu}m$ 두께의 치밀한 YSZ전해질, LSM-YSZ 공기극으로 구성된 단위전지는 $800^{\circ}C$에서 $1.426Wcm^{-2}$의 우수한 성능을 얻을 수 있었다.

• 자원리싸이클링
• /
• 제31권4호
• /
• pp.3-11
• /
• 2022

전기차 수요의 증가로 향후 폐차 혹은 배터리 노후화로 인한 폐배터리 배출량 급증이 예상됨에 따라 이에 대한 적정 관리가 시급한 실정이다. 기술개발 측면에서는 데이터 기반 진단 등 다양한 폐배터리 진단 및 관리 기술이 주목을 받고 있다. 또한 로봇기반 자동 해체 기술은 산업 현장에서의 Test 검증 및 향후 배터리 관련 데이터베이스와의 연동이 필요한 것으로 보인다. 특히 향후 폐배터리 순환과정에서의 효율화와 동시에 안전성/친환경성 제고를 위한 다양하고 선진적인 배터리 진단 및 평가기법 개발 및 보급이 중요하다. 또한 리튬 관련 화학물질 배출이동에 대한 데이터베이스화와 배터리 연소시 가스유출위험 및 소방안전에 관한 평가 및 대처가 중요할 것으로 보인다. 더 나아가 데이터 기반 진단/분류/해체 과정을 재활용/최종폐기와 연계된 다양한 관점에서의 폐배터리 전주기 관리 최적화 등에 향후 더 많은 연구개발이 필요하다고 판단된다. 그리고 일련의 데이터는 차후 배터리 생산 시 환경적 부담을 감소시키고 재이용/재활용이 원활하도록 청정설계 및 제조에 기여해야 한다. 또한 이러한 최적화는 전기차 배터리의 향후 기술 및 시장 변동을 감안하여 추진되어야 한다.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제23권3호
• /
• pp.23-29
• /
• 2022

본 연구에서는 오존의 용해효율 개선과 자가분해 촉진을 위해 나노기포와 초음파 캐비테이션을 동시에 적용한 오존 나노기포 공정을 조사하였다. 공정의 유기물 분해효율을 파악하기 위해 200mm × 200mm × 300mm 규모의 반응기를 제작하여 다양한 조건에서 페놀 분해 실험을 진행하였다. 나노기포의 사용은 60분 반응에서 페놀 분해 효율을 일반적인 폭기 방식에 비해 2.07배 증가시켰으며, 용존 오존의 최대 용해농도를 크게 증가시켜 오존의 용해효율 개선에 효과적이었다. 초음파 조사는 나노기포와 함께 사용될 때 페놀 분해 효율을 36% 증가시켰으며 오존의 자가 분해 촉진으로 용존 오존은 낮게 나타났다. 초음파 출력이 강할수록 페놀 분해 효율도 증가하였으며, 실험에서 사용한 28kHz, 132kHz, 580kHz 중 132kHz의 주파수에서 페놀의 분해 효율이 가장 높게 나타났다. 오존 나노공정은 기존 오존 공정과 같이 높은 pH에서 더 좋은 분해효율을 보였으나 중성에서도 60분 반응 후 페놀 100% 분해를 달성하여 pH에 의한 영향이 적은 것으로 나타났다. 이는 초음파에 의한 오존 자가분해 촉진에 의한 것으로 판단된다. 초음파 조사에 의한 기포 특성 변화를 확인하기 위해 Zetasizer를 이용하여 기포의 크기와 제타 전위 분석을 진행하였으며 초음파 조사가 기포의 평균 크기를 11% 감소시키고 기포 표면의 음전하를 강화하여 오존 나노기포의 물질전달과 수산화 라디칼 생성 효율에 긍정적인 효과를 끼치는 것을 확인하였다.