• 한국산업융합학회 논문집
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• 제23권4_2호
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• pp.617-626
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• 2020

The drilling mud is essentially used in oil and gas development. There are several roles of using the drilling mud, such as cleaning the bottomhole, cooling and lubricating the drill bit and string, transporting the cuttings to the surface, keeping and adjusting the wellbore pressure, and preventing the collapse of the wellbore. The fragments from rocks and micro-sized bubbles generated by the high pressure are mixed in the drilling mud. The systems to separate those mixtures and to keep the uniformly maintained quality of drilling mud are required. In this study, the simulation is conducted to verify the performance of the mud tank's agitation capacity. The primary role of the mud tank is the mixing of mud at the surface with controlling the mud condition. The container type is chosen as a mud tank pursuing efficient transport and better management of equipment. The single- and two-phase simulations about the agitation in the mud tank are performed to analyze and identify the inner flow behavior. The convergence of results is obtained for the vertical- and axis-direction velocity vector fields based on the grid-dependency tests. The mixing time analysis depending on the multiphase flow conditions indicates that the utilization of a two-stepped impeller with a smaller size provides less time for mixing. This study's results are expected to be utilized as the preliminary data to develop the mixing and integrating equipment of the onshore drilling mud system.

• 공업화학
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• 제33권4호
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• pp.367-372
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• 2022

폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC)-tetrahydrofuran (THF) 용액에 PVC 비용매의 첨가와 박막 건조 공정이 PVC 박막에 미치는 영향을 분석하였다. 사용된 비용매는 알코올과 비알코올계로 구성되었으며, 첨가에 따른 PVC 박막의 표면 거칠기와 표면 형상의 차별성에 따른 소수성 성질을 비교하였다. PVC-THF 용액 제조과정에 발생하는 용액 내 기포 함유가 박막의 표면 구조에 미치는 영향이 큼을 확인하였다. 상대적인 고농도 PVC-THF 용액에서 코팅 박막의 정상적 표면 물성을 구현하기 위하여 적절한 박막 건조법의 선택이 요구된다. 알코올계 비용매를 첨가할 경우 과립형 형상의 다공성 표면을 갖는 PVC 박막이 얻어져 초소수성 특성을 보인다. 비용매에 대한 PVC-THF 용액의 부피 비는 코팅 박막의 표면 형상에 영향을 주며, 비용매 첨가량이 많을수록 초소수성 PVC 박막을 형성하는 데 유리하다.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제25권4_2호
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• pp.637-644
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• 2022

In this study, the flow characteristics according to the shape of the vortex nozzle was studied by numerical analysis and the amount of microbubble generation was measured experimentally. The shape of the vortex nozzle is cylindrical, diffuser, and conical type. The axial fluid velocity in the induced tube gradually increased from the inlet to the outlet. In particular, the fluid velocity in the nozzle part increased rapidly. The velocity distribution of the fluid at the inlet of the induced tube showed that the flow rotates counterclockwise in the outer region and the inner center of the induced tube. At the outlet of the induced tube, the cylindrical and conical type showed rotational flow, and the diffuser type showed irregular turbulent flow. The dimensionless pressure ratio 𝜂 of the inner region of the induced tube was lower than that of the outer region. Also, 𝜂 near the outlet of the induced tube in cylindrical and conical type showed a similar tendency to the inlet area. At the outer region of inlet of induced tube, intense vorticity was observed on the wall and in lower region. At the inner region of inlet of induced tube, intense vorticity was observed on the inner wall of the induced tube and in the central region of the inlet of the induced tube. At the outlet of induced tube, in the case of the cylindrical and conical type, intense vorticity was observed near the inner wall, the diffuser type showed irregular strong vorticity inside the tube. The total number of bubbles measured was the most in the cylindrical type, and the microbubbles less than 50mm occurred the most in the conical type.

• 한국물환경학회지
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• 제31권5호
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• pp.523-532
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• 2015

Hydrocyclone is widely used in industry, for its simple design, high capacity, low maintenance and low operational cost. The objective of this study is to develop hydrocyclone coagulation and filtration system. The system is made of hydrocyclone ballasted coagulation with polyaluminium chloride silicate (PACS) and upflow filter to treat micro particles in urban storm runoff. Roadside sediment particles (< $200{\mu}m$) was mixed with tap water to make various turbid suspensions to simulate urban storm runoff. The filter cartridge was filled with polyethylene media system and ran 1hr per everyday and total operation time were 8.19hrs and backwashing everyday after end of operation. The operation condition of flowrate was $8.2{\sim}11.9m^3/day$ (mean $10.1m^3/day$) and surface overflow rate (SOR) based on filter surface area was $45.5{\sim}65.9m^3/m^2/day$ (mean $55.7m^3/m^2/day$). The range of PACS dosage concentration was 14.0~31.5 mg/L. As the results of operation, the range of removal efficiency of turbidity, SS were 81.0~95.8% (mean 89.5%) 81.8~99.0% (mean 91.4%), respectively. An increase of filtration basin retention time brought on increased of removal efficiency of turbidity and SS, and increase of SOR brought on decreased of removal efficiency. During the first flush in urban area, storm runoff have an high concentration of SS (200~600 mg/L) and the filtration bed becomes clogged and decreased of removal efficiency. Backwashing begins when the drainage pipe valve at the filtration tank bottom is completely open (backwashing stage 1). Backwashing stage 2 was using air bubbles and water jet washing the media for 5 mins and open the drainage valve. After backwashing stage 1, 2, 61.83~64.04%, 18.53~27.51% of SS loading was discharged from filtration tank, respectively. Discharged SS loading from effluent was 7.12~14.79% and the range of residual SS loading in fliter was 2.26~5.00%. The backwashing effects for turbidity, SS were 89.5%, 91.4%, respectively. The hydrocyclone coagulation and filtration with backwashing system, which came out to solve the problems of the costly exchange filter media, and low efficiency of removing micro particles of filter type nonpoint treatment devices, is considered as an alternative system.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제3권4호
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• pp.221-230
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• 2016

유속이 낮은 정체수역에 대하여 부영양화에 의한 녹조발생을 미연에 방지하고 수질개선을 도모하기 위하여 기존 인공식물섬 운영기술에 다양한 요소기술을 도입한 다기능 인공식물섬을 개발하였고 개발기술에 대한 성능검증을 위하여 경기도에 소재하는 하천에서 여름철과 겨울철 동안에 모니터링 하였다. 본 연구의 다기능 인공식물섬은 수질정화 기능을 높이기 위해서 정수식물 기반의 식생여과 공정 위주의 일반 인공식물섬 기술에 미세기포 공정과 인공여재에 의한 인 흡착/여과 공정을 추가하여 운영하였다. 개발기술에 대한 계절에 따른 오염물질 (COD, T-P) 제거율 변화로부터 오염부하가 낮은 겨울철 (15.9%, 20.0%)보다는 부하가 높은 여름철 (40.9%, 45.7%)에 높은 처리효율을 갖는 것으로 나타났고 공정별 제거율 (SS, Chl-a)에서는 미세기포 공정은 여름철 (33.1%, 39.2%)에, 인 흡착/여과 인공여재 및 식생여과 공정은 겨울철 (76.5%, 59.5%)에 높은 제거효율을 갖는 것으로 분석되어 다기능 인공식물섬의 정화능은 계절별 변화 또는 오염부하 정도에 따라서 적용 기술별로 제거능을 나타내어 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 사료되었다. 또한, 인공식물섬 주변의 생태변화 분석결과, 식물섬 저부에 미세기포의 공급으로 용존산소가 증가됨으로써 혐기화에 의한 물질환원 현상을 방지하고 수류순환을 유도하여 친환경적인 새로운 수생태계가 조성되는 것을 확인하였고 이러한 결과들을 통하여 다기능 인공식물섬에 의하여 정체수역의 수질이 개선되고 다양한 동식물의 성장으로 정체수역 저부의 물질순환이 개선될 수 있는 가능성을 확인하였다.

• Ultrasonography
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• 제32권1호
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• pp.59-65
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• 2013

목적: 본 연구는 초음파 조영제를 직접 합성하고 그 크기 및 소멸 시간 등의 특성을 분석하며, 기존의 초음파 조영제와의 영상을 비교하여 앞으로 초음파 조영제를 매개로 한 영상 유도 하 약물 및 유전자 치료제의 전달 시스템 구축의 기본을 갖추고자 한다. 대상 및 방법: 초음파 조영제는 21마이크로 몰의 DPPC(1, 2-Dihexadecanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, $C_{40}H_{80}NO_8P$), 9 마이크로 몰의 콜레스테롤, 1.9 마이크로 몰의 DCP(Dihexadecylphosphate, $[CH_3(CH_2)_{15}O]_2P(O)OH$) 및 클로로포름 및 SF6 기체를 이용하여 합성하였다. 약 12-24시간의 동결건조 후에 초음파 조영제는 SF6 기체와 초음파 처리(sonication) 법을 이용하여 합성하였고 그 초음파 조영제의 크기는 압출기를 이용하여 일정한 크기로 조정하였다. 합성된 초음파 조영제는 동적 광산란 측정법(dynamic light scattering measurement)을 이용하여 그 크기를 분석하였다. 한편 합성한 초음파 조영제의 소멸 양상을 평가하기 위하여 광학 현미경을 이용하여 그 숫자를 합성 직후, 12시간, 24시간, 36시간, 48시간, 60시간, 72시간 및 84시간 후에 평가하였다. 초음파 조영제로서의 효과를 평가하기 위하여 모형을 만들어 현재 임상적으로 사용되고 있는 초음파 조영제와 그 에코를 비교 분석하였다. 결과: 초음파 조영제는 동결건조-초음파 처리 방법을 통하여 성공적으로 합성 할 수 있었다. 합성된 초음파 조영제는 154.2 nm의 정점 (peak)에서 가장 많이 분포하였으며 합성 후 24시간부터는 입자의 숫자들이 감소하는 양상을 보였다. 소노뷰와 합성된 초음파 조영제의 에코밝기는 유의한 차이를 보이지 않았으나 소노뷰와 생리식염수 및 합성된 초음파 조영제와 생리식염수의 에코 밝기는 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p < 0.01). 결론: 본 연구를 통하여 초음파 조영제를 직접 합성할 수 있는 방법을 습득할 수 있었고 그 크기 및 특성을 분석할 수 있었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제29권4호
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• pp.240-247
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• 2001

본 연구에서는 동물세포 배양장치를 개발키 위한 기초연구로서 초미세 통기법이 산소 전달 속도와 세포의 생존율에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 통기 장치로 통기 구멍 크기가 다른 microsparger 를 사용하였을 때, 모형 반응기 내에서 측정한 산소 전달계수(k$_{L}$a)는 microsprager의 통기 구멍 크기가 작아질수록 현저히 증가하였다. 이는 공기 방울들과 매질 사이의 접촉 면적이 증가했기 때문인 것으로 판단된다. 두 가지 다른 형태의 임펠러 (square-pitch marine impeller 와 $45^{\circ}$) pitched flat blade impller) 를 사용하여 교반하였을 때, $k_{L}$ a 값은 marine impeller 를 사용하였을 때 다소 높았다. $100\mu\textrm{m}$ 이하의 통기 구멍을 가진 microsparger 를 사용하여 직접 통기가 세포에 미치는 손상에 대해 알아본 결과, 세포들의 손상 정도는 통기 속도가 증가할수록, 공기방울 크기가 작아질수록 더 커졌다. 2.5 L 용량의 소형 세포 반응기에 $0.5\mu\textrm{m}$ 의 통기 구멍 크기를 가진 micro-sparger를 장치하여 세포를 배양한 결과 , 지속적인 통기시에는 세포의 생존율이 80% 이하로 떨어지고, 정상적인 성장을 하지 못하였다. 그러나 용존 산소 농도가 20% 이하로 떨어졌을 때에만 통기하였을 때 세포는 정상적으로 자랐으며 세포 생존율도 대수기 전반에 걸쳐 90% 이상을 유지하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제40권4호
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• pp.173-181
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• 2016

2016년부터 배출통제지역(ECA : Emission Control Atea)을 운항하는 선박에 대하여 배출되는 NOx(질소산화물) 및 SOx(황산화물)의 배기량 감소규제가 강화되었다. 상기의 규제 물질 중 NOx를 제거하는 탈질장비 중 선택적 촉매 환원(SCR : Selectivity Catalytic Reduction) 시스템은 효율이 높고 상업적으로 많이 활용되고 있으나, 높은 온도에서 요소수가 활성화되는 단점이 있다. 이에 초미세기포를 이용하여 낮은 온도에서도 반응할 수 있는 요소수 및 요소수 활성화 기기를 개발하여 상기의 문제점들을 최소화 할 수 있도록 하였다. 또한 SCR 시스템의 효율성을 향상시키는 방안을 마련하기 위하여, ANSYS-CFX package를 이용한 전산유체역학(CFD : Computational fluid dynamics)기법을 사용하였다. Navier-Stokes 방정식을 해석의 지배방정식으로 적용하여 SCR 시스템의 점성유동해석 시뮬레이션을 수행하였다. SCR 시스템의 형상은 CATIA V5를 사용하여 3D 모델링을 하였고, SCR 시스템의 효율성을 비교하기 위해 요소수 분사 노즐의 위치를 요소수 분사 노즐은 배기관의 입구로부터 1/3, 1/2, 2/3로 변경하며 확인하였다. 또한, 노즐의 분사구 수가 SCR 시스템의 효율에 미치는 영향을 확인하기 위하여 분사구 수가 4, 6, 8개일 경우를 시뮬레이션 하여 비교 분석하였다. 시뮬레이션 결과 배기관 입구에 가까울수록, 분사구 수가 많을수록 효율이 향상됨을 확인하였다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제11권6호
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• pp.61-68
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• 2006

유류오염토양에 대한 고압공기분사를 이용한 세척기법의 적용성 연구를 위하여 저유소 주변의 실제 디젤오염토양을 사용하였으며 초기 오염농도는 $2,828{\pm}206\;mg/kg$으로 토양환경보전법상 가지역 우려기준 농도를 5배 이상 초과하였다. 세척공정의 기본 운전인자들에 대한 조건별 효율성 평가 및 최적조건 도출실험을 수행한 결과 효율적인 세척을 위하여 impeller는 편심 및 기울어진 중심에 위치하는 것이 가장 유리하였으며 교반속도는 높은 전단력(shear force)이 발생하는 고속교반조건(300 rpm)에서 세척효율이 가장 우수하였다. 교반시간은 10분이 효율성 및 경제성이 우수한 조건으로 판단되었으며 1차 반응속도식에서 도출된 교반속도별 속도상수들간 증가율 감소를 확인하여, 저속 교반조건(30, 60 rpm)에서도 추가적인 물리적 탈착력이 더해진다면 고속교반조건에서와 같은 제거효율을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 고압공기 분사에 따른 세척효율은 소수성(hydrophobic)의 토양표면 유류물질이 수중의 공기방울 표면에 강하게 부착(attracting)되어 제거됨을 확인하였고 공기압이 높아질수록 반응기내 공기유량이 증가되면서 오염물질의 부착율이 향상되었다. Impeller에 의한 교반과 고압공기 분사 혼합공정에서는 60 rpm, $2\;kg/cm^2$ 조건이 가장 효율적으로 판단되었다. 따라서 고압공기분사를 통한 토양세척기법은 유류오염토양 정화에 효율적 적용이 가능할 것으로 사료된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.273-273
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• 2013

Recently, Point-of-care (POC) testing microdevices enable to do the patient monitoring, drug screening, pathogen detection in the outside of hospital. Immunochromatographic strip (ICS) is one of the diagnostic technologies which are widely applied to POC detection. Relatively low cost, simplicity to use, easy interpretations of the diagnostic results and high stability under any circumstances are representative advantages of POC diagnosis. It would provide colorimetric results more conveniently, if the genetic analysis microsystem incorporates the ICS as a detector part. In this work, we develop a reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR) microfluidic device integrated with a ROSGENE strip for colorimetric influenza H1N1 virus detection. The integrated RT-PCR- ROSGENE device is consist of four functional units which are a pneumatic micropump for sample loading, 2 ${\mu}L$ volume RT-PCR chamber for target gene amplification, a resistance temperature detector (RTD) electrode for temperature control, and a ROSGENE strip for target gene detection. The device was fabricated by combining four layers: First wafer is for RTD microfabrication, the second wafer is for PCR chamber at the bottom and micropump channel on the top, the third is the monolithic PDMS, and the fourth is the manifold for micropump operation. The RT-PCR was performed with subtype specific forward and reverse primers which were labeled with Texas-red, serving as a fluorescent hapten. A biotin-dUTP was used to insert biotin moieties in the PCR amplicons, during the RT-PCR. The RT-PCR amplicons were loaded in the sample application area, and they were conjugated with Au NP-labeled hapten-antibody. The test band embedded with streptavidins captures the biotin labeled amplicons and we can see violet colorimetric signals if the target gene was amplified with the control line. The off-chip RT-PCR amplicons of the influenza H1N1 virus were analyzed with a ROSGENE strip in comparison with an agarose gel electrophoresis. The intensities of test line was proportional to the template quantity and the detection sensitivity of the strip was better than that of the agarose gel. The test band of the ROSGENE strip could be observed with only 10 copies of a RNA template by the naked eyes. For the on-chip RT-PCR-ROSGENE experiments, a RT-PCR cocktail was injected into the chamber from the inlet reservoir to the waste outlet by the micro-pump actuation. After filling without bubbles inside the chamber, a RT-PCR thermal cycling was executed for 2 hours with all the microvalves closed to isolate the PCR chamber. After thermal cycling, the RT-PCR product was delivered to the attached ROSGENE strip through the outlet reservoir. After dropping 40 ${\mu}L$ of an eluant buffer at the end of the strip, the violet test line was detected as a H1N1 virus indicator, while the negative experiment only revealed a control line and while the positive experiment a control and a test line was appeared.