• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권6호
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• pp.2029-2038
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• 2024

A deep understanding of the characteristics and mechanism of geyser boiling and capillary pumping is necessary to optimize a high-temperature sodium heat pipe. In this work, the Volume of Fluid (VOF) two-phase model and the capillary force model in the mesh wick were used to model the complex phase change and fluid flow in the heat pipe. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations successfully predicted the process of bubble nucleation, growth, aggregation, and detachment from the wall in the liquid pool of the evaporation section of the heat pipe in horizontal and tilted states, as well as the reflux phenomenon of capillary suction within the wick. The accuracy and stability of the capillary force model within the wick were verified. In addition, the causes of geyser boiling in heat pipes were analyzed by extracting the oscillation distribution of heat pipe wall temperature. The results show that adding the capillary force model within the wick structure can reasonably simulate the liquid backflow phenomenon at the condensation; Under the horizontal and inclined operating conditions of the heat pipe, the phenomenon of local dry-out will occur, resulting in a sharp increase in local temperature. The speed of bubble detachment and the timely reflux of liquid sodium (condensate) replenishment in the wick play a vital role in the geyser temperature oscillation of the tube wall. The numerical simulation method and the results of this study are anticipated to provide a good reference for the investigation of geyser boiling in high-temperature heat pipes.

• 지구물리와물리탐사
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• 제26권1호
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• pp.18-30
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• 2023

해저 진흙화산은 유동화/기화된 퇴적물이 표층으로 분출하여 만들어진 화산과 유사한 지형이다. 진흙화산은 지하의 열, 퇴적물이나 탄화수소를 지상으로 공급하는 공급원으로 관심을 받고 있다. 북극 캐나다 보퍼트 해의 대륙사면에는 다양한 수심에서 진흙화산이 존재한다고 알려져 있다. 수심 420 m에 위치한 MV420 진흙화산은 현재 분출하고 있는 활동성 진흙화산으로 많은 연구 대상이 되고 있다. 극지연구소에서는 쇄빙연구선 아라온호를 이용하여 MV420을 통과하는 고해상도 다중채널 탄성파 자료를 획득하였고, 진흙 분출구 주변에서 지열 관측을 수행하였다. 탄성파 자료에서는 가스하이드레이트에 의한 해저면모사반사파(bottom simulating reflector, BSR)로 추정되는 역위상 반사파를 확인하였다. 탄성파 자료의 BSR이 가스하이드레이트에 의한 반사파인지 확인하기 위하여, 정상 상태의 열방정식을 바탕으로 MV420 내부의 열구조를 수치적으로 모사하였다. 그리고 모사한 지열온도 모델을 이용하여 가스하이드레이트 안정영역의 하부 경계를 추정하였다. BSR의 깊이와 가스하이드레이트 안정영역의 하부 경계를 비교한 결과, 두 자료가 일치하며 이는 가스하이드레이트의 부존을 암시하는 지구물리학적 증거 중의 하나이다. 선행 연구 결과는 MV420의 분출구에서 표층에 가스하이드레이트가 부존한다는 것을 보여주었으며, 이번 연구의 결과는 분출구와의 거리에 따라 최대 50 m 깊이까지 가스하이드레이트가 존재할 수 있음을 시사한다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.174-183
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• 2014

해양 및 해안구조물 하부의 해저지반에 장시간 지속적인 고파랑이 작용하는 경우 진동성분과 잔류성분으로 구성되는 과잉간극수압의 증가에 따른 유효응력의 감소로 인하여 해저지반내에 액상화의 가능성이 나타나고, 일단 액상화가 발생되면 그의 진행에 따라 구조물의 침하 혹은 전도에 의해 종국적으로 구조물이 파괴될 가능성이 높아지게 된다. 본 연구에서는 2차원수치파동수로를 혼상류해석과 불규칙파동장으로 확장한 수치해석법을 적용하여 불규칙파동장하에서 해저지반상 및 혼성방파제의 표면상에서 시간변동의 동파압과 유속에 의한 전단응력을 산정하고, 그 결과를 지반의 동적거동을 정밀하게 재현할 수 있는 유한요소법에 기초한 탄소성해저지반응답용의 수치해석프로그램에 입력치로 적용하여 불규칙파동장에서 해저지반내에서 과잉간극수압 및 유효응력의 시공간적인 변화, 이로 인한 액상화, 그리고 지반의 시간변형과 케이슨의 시간변위 및 변위가속도 등을 정량적으로 평가한다. 이로부터 혼성 방파제 전면 및 후면 하부의 해저지반내에서 액상화 가능성을 확인할 수 있었고, 이에 따라 액상화된 토립자는 흐름에 대한 저항력을 상실하므로 액상화된 지반은 세굴가능성이 클 것으로 판단된다. 또한, 액상화된 지반은 강도의 현저한 저하로 구조물의 진동변위가 증폭되고, 더불어 혼성방파제의 안정성에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 여기서, 본 연구의 전체 내용을 지면관계상 두 부분으로 나누며, 전반부를 (I)로 하여 구조물의 동적변위와 변위가속도 및 지반변형을 중심으로 다루고, 후반부를 (II)로 하여 지반내에서 간극수압의 시간변동, 액상화 및 유효응력경로 등을 상세히 다루며, 본 연구는 후반부인 (II)에 해당한다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.160-173
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• 2014

해양 및 해안구조물 하부의 해저지반에 장시간 지속적인 고파랑이 작용하는 경우 진동성분과 잔류성분으로 구성되는 과잉간극수압의 증가에 따른 유효응력의 감소로 인하여 해저지반내에 액상화의 가능성이 나타나고, 일단 액상화가 발생되면 그의 진행에 따라 구조물의 침하 혹은 전도에 의해 종국적으로 구조물이 파괴될 가능성이 높아지게 된다. 본 연구에서는 2차원수치파동수로를 혼상류해석과 불규칙파동장으로 확장한 수치해석법을 적용하여 불규칙파동장하에서 해저지반상 및 혼성방파제의 표면상에서 시간변동의 동파압과 유속에 의한 전단응력을 산정하고, 그 결과를 지반의 동적거동을 정밀하게 재현할 수 있는 유한요소법에 기초한 탄소성해저지반응답용의 수치해석프로그램에 입력치로 적용하여 불규칙파동장에서 해저지반내에서 과잉간극수압 및 유효응력의 시공간적인 변화, 이로 인한 액상화, 그리고 지반의 시간변형과 케이슨의 시간변위 및 변위가속도 등을 정량적으로 평가한다. 이로부터 혼성방파제 전면 및 후면 하부의 해저지반내에서 액상화 가능성을 확인할 수 있었고, 이에 따라 액상화된 토립자는 흐름에 대한 저항력을 상실하므로 액상화된 지반은 세굴가능성이 클 것으로 판단된다. 또한, 액상화된 지반은 강도의 현저한 저하로 구조물의 진동변위가 증폭되고, 더불어 혼성방파제의 안정성에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 여기서, 본 연구의 전체 내용을 지면관계상 두 부분으로 나누며, 전반부를 (I)로 하여 구조물의 동적변위와 변위가속도 및 지반변형을 중심으로 다루고, 후반부를 (II)로 하여 지반내에서 간극수압의 시간변동, 액상화 및 유효응력경로 등을 상세히 다루며, 본 연구는 전반부인 (I)에 해당한다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제9권4호
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• pp.449-461
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• 2013

최근 발생한 경북 구미의 불산 누출 및 경남 울산의 염산 누출사고의 예와 같이 화학공장에서 발생되는 사고중대 부분은 저장탱크나 운송배관 및 플랜지호스 등의 손상에 의한 휘발성 유독성물질의 대량누출이며, 이 경우 누출된 지역의 자연환경과 대기 조건에 따른 유독성물질의 확산 거동이 인적, 물적 피해의 중요한 변수가 되기 때문에 위험성평가는 가장 중요한 관심 대상이 된다. 따라서 본 연구에서는 누출물질에 대한 대기 중 확산을 모사하기 위하여 불산 저장탱크에서 누출된 경우를 예제로 선택하여, 수치해석과 ALOHA(Areal Location of Hazardous Atmospheres)의 확산 시뮬레이션을 이용한 결과해석을 수행하였다. 먼저 공정위험분석으로 정성적 평가인 HAZOP(Hazard Operability) 결과를 살펴보면 첫째 공정흐름상(flow) 위험 요소로서 플렌지, 밸브와 호스의 균열 등 손상으로 인한 누출에 의한 운전지연 또는 독성가스누출 등이 발생할 수 있고, 둘째 온도, 압력, 부식으로부터는 화재, 질소공급과 압 그리고 탱크나 파이프 이음관의 내부 부식으로 인한 독성누출의 가능성이 높은 것으로 분석되었다. 다음 결과 영향분석 기법인 ALOHA를 운용한 결과를 살펴보면 Dense Gas Model에 대한 입력 자료값에 따라 미치는 결과 영향이 다소 차이가 있음을 발견하였으나 기상조건으로서 대기안정도 보다는 풍향 및 풍속이 가장 영향을 미치는 것으로 분석 되었다. 또한 풍속이 빠를수록 누출물질의 확산이 잘 일어났고, 수치해석결과인$LC_{50}$과 ALOHA의 AEGL-3(Acute Exposure Guidline Level)과 결과를 비교했을 때 확산길이는 다소 차이가 있지만 확산농도 측면에서는 액체와 증기누출인 경우에 있어서 거의 비슷한 결과를 보였다. 따라서 ALOHA 모델을 운영한 결과 각 시나리오별 경향은 상당히 일치함을 볼 수 있었다. 따라서 추후 수치해석과 확산모델링에 의한 예측농도를 국제적인 기준치인 IDLH(Immediately Dangerous to Life and Health), ERPG(Emergency Response Planning Guideline), AEGL(Acute Exposure Guidline Level)과 비교 함 으로서 독성 가스의 대한 완충거리를 결정 할 수 있고, 이와 같은 연구방법은 유독성물질 누출에 따른 위험성평가를 보다 효율적으로 수행하는데 도움을 줄 것이며, 지역사회 비상대응체계 수립 시 적절하게 활용할 수 있을 것이다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.1-13
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• 2009

이 논문에서는 복잡한 기하학적 형상과 비선형 특성들을 보이는 곡선 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 사장교의 극한거동을 안정적으로 예측하기 위한 비선형 해법을 제시하였다. PSC 교량 구조물의 비선형 거동 및 극한거동을 예측하기 위한 해법으로서 하중제어법(load control strategy)과 변위제어법(displacement control strategy)을 적용하였다. 콘크리트의 과다한 균열과 재료상태 및 케이블 장력의 급격한 변화로 인해 불평형력(unbalanced load)이 크게 변화하여 이들 두 해법으로 해를 구할 수 없는 경우에 대한 대안으로서 불평형력을 적정한 비율로 감소시키면서 하중제어 법을 적용하여 해를 안정적으로 구해 나가는 불평형력 감쇠(scale-down of the unbalanced load)를 적용한 하중제어법을 제시하였다. PSC 거더교의 극한해석을 수행하여 불평형력 감쇠를 적용한 하중제어법의 정당성을 평가하였다. 또한 곡선 PSC 사장교의 극한해석에 이 논문에서 제시한 비선형 해법을 적용하여 복잡한 비선형성으로 인해 해가 수렴하기 어려운 해석에도 이 해법이 유용함을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.99-112
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• 2013

이 논문은 부분공간 시스템 확인기법을 이용하여 전단빌딩의 강성행렬과 부재의 강성을 추정하는 기법을 소개한다. 시스템 행렬은 입력-출력 데이터로 구성된 행켈행렬을 LQ 분해와 특이치 분해를 통해 추정한다. 추정된 시스템 행렬은 닮음 변환을 통해 실제 좌표축으로 변환하고, 변환된 시스템 행렬로부터 강성행렬을 계산한다. 추정된 강성행렬의 정확성과 안정성은 행켈행렬의 크기에 따라 변한다. 전단빌딩의 기저 유한요소 모델을 이용하여 행켈행렬의 크기에 따른 강성행렬의 추정 오차 곡선을 구한다. 오차 곡선을 이용하여 목표 정확도 수준에 부합하는 행켈행렬의 크기들을 결정한다. 이렇게 선택된 행렬의 크기들 중에서 부분공간 시스템 확인의 계산비용을 고려하여 보다 적절한 행렬의 크기를 결정할 수 있다. 결정된 크기의 행켈행렬을 이용하여 강성행렬을 추정하고 추정된 강성행렬로부터 부재의 강성을 추정한다. 제안된 방법을 손상 전후의 5층 전단빌딩 수치 예제에 적용하여 타당성을 검증한다.

• 해양환경안전학회지
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• 제19권2호
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• pp.111-118
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• 2013

동해안 항만 및 어항 개발 사업에 따른 해양환경영향평가 개선방안을 제시하기 위해 2009년부터 2011년까지 3년간 동해안의 항만 및 어항 개발 사업에 따른 일반해역이용협의서 33건을 분석하였다. 분석결과 동해안에서 중점적으로 검토해야 하는 해류, 파랑, 수심측량 자료의 경우 각각 3건, 12건, 16건 만이 조사가 이루어졌다. 하지만 동해안에서 시행되는 항만 및 어항 개발사업의 경우 서해, 남해와는 다른 동해안의 해역특성이 고려된 해양환경영향평가가 이루어져야 한다. 동해안은 조석의 영향이 약하고 해류, 취송류, 파랑의 영향이 우세한 해역으로 동해안의 해수유동을 파악하기 위해서는 해류의 영향을 고려해야하고 항내 정온도 및 방파제 기능성 및 안정성 등 협의대상사업의 타당성을 확보하기 위해서는 파랑을 평가항목으로 고려할 필요가 있다. 또한 동해안에 발생되는 항내매몰 및 해안침식의 문제점을 비교적 정확히 예측 및 예방하기 위해서는 해빈류를 표사이동의 기본외력으로 설정해야 하고 인근 하천에서의 토사유입과 해당 해역의 정확한 수심자료를 수치모델링의 검증자료로 활용해야 한다.

• 지질공학
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• 제15권3호
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• pp.257-268
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• 2005

일반적으로 현지 암반은 강도의 변화가 심 한 다양한 불연속면들을 포함하여 불균질하고 불연속성 을 나타낸다. 절리, 단층, 균열, 층리와 같은 불연속면들은 암반의 강도와 변형특성을 좌우하는 중요한 요인이다. 결과적으로, 지하공동의 안정성은 무결암의 역학적 특성뿐만 아니 라, 공동의 기하학적 형상과 관련하여 불연속면들의 공간적 분포와 역학적 특성에 크게 영 향을 받는다. 따라서 지하심부의 응력 조건에서의 공동설계를 위해서는 불연속 암반의 거동에 대한 정확한 이해가 필수적이다. 암반역 학 분야의 발전에 의하여 등방성 암반에서 의지 하공동 설계를 위한 기준이 제시되고 있으나, 불연속성 암반의 변형 거동은 불명확성 이 여전히 존재한다. 본 연구에서는 연속체절 리모델을 적용하여 불연속성 암반내의 지하공동 주변의 소성영역의 크기, 응력분포 및 변형거동에 대하여 매개변수의 변화에 따른 영향을 고찰하였다. Mohr-Coulomb 파괴 이론에 의한 탄소성 유한차분법을 적용하였으며, 비조합 유동법칙과 완전소성 물질거 동을 가정하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제14권12호
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• pp.31-41
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• 2013

국내에서 지반의 측방유동으로 인한 피해가 가장 빈번하고 극명하게 나타나는 사례는 주로 연약지반에 교대 및 옹벽을 시공하고 배면에 성토를 진행하는 경우로서 측방유동으로 인한 교대의 안정성에 대한 연구는 연약지반에서의 연구가 대부분이다. 그러나 측방유동은 연약지반뿐만 아니라 성토사면에서도 발생하며, 이로 인해 인접구조물에 영향을 미치게 된다. 특히 국내에서 시공되는 교량 중에는 연약지반 위에 시공되는 경우보다 산지에 시공되는 경우가 많다. 이에 본 연구에서는 현장단면에 대한 유한요소해석을 통해 성토사면의 측방유동으로 인한 지반거동을 분석하였고, 그에 따른 적절한 보강 공법의 결과 분석을 통해 성토사면에 설치된 교대설계에 관한 기초자료를 제시하고자 하였다. 그 결과, 압성토와 사면에 억지말뚝으로 보강하였을 경우에는 측방유동은 4~30% 감소하는 것으로 나타났고, 교대 교좌부의 변위는 2~13% 감소하는 것으로 나타났다. 한편, EPS로 보강하였을 경우에 측방유동은 약 97% 감소하였고, 교대 교좌부의 최대수평변위는 약 95% 정도 감소하였다. 향후, 국내 여러 현장을 대상으로 추가적인 실험을 지속적으로 수행하여 보다 국내 여건에 부합하는 설계 기법의 도출이 요구되며, 수치해석 및 실측치를 비교 분석함으로써 지금보다 신뢰성 있는 연구가 뒤따라야 할 것이다.