• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권4호
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• pp.367-375
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• 2014

셀-튜브 열교환기는 산업분야에서 가장 널리 사용되는 열교환기이다. 열교환기의 열적 성능을 개선하기 위하여 셀-튜브 열교환기에 대해 배플의 배치, 배플의 방향, 배플의 표면의 돌기형상 등의 인자를 변경하였으며, 유동의 박리 및 경계층해석에 적절히 이용되는 SST 난류모델을 적용하여 열전달특성을 고찰하였다. CFD해석시 경계조건는 셀측의 입구온도를 344K로 일정하게 하고, 물의 유량을 6, 12, 18, 24 l/min로 변화시켰다. 그 결과로는 지그재그형 배치가 열전달률 및 압력강하가 향상되는 것으로 나타났으며, 배플의 방향은 기존형보다 수직형 및 각도 $45^{\circ}$형이 열전달이 향상되는 것으로 나타났고, 압력강하는 거의 차이가 없었다. 또한 배플의 돌기형상은 열전달면적을 증가시킴으로써 열전달률 및 압력강하가 향상됨을 알 수 있었다. 해석결과를 통하여 열전달 증가가 유동의 박리, 유체의 체류시간, 튜브와의 접촉면적, 유량, 와류 등에 따라 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권1호
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• pp.49-55
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• 2018

에너지 위기 시대를 맞이하여 수소에너지가 가장 가능성 있는 대체에너지 중의 하나로 고려되고 있다. 액체수소는 기체수소와 비교하여 단위 부피당 에너지 밀도가 월등히 높으며 수소에너지의 탁월한 저장 방법으로 간주되고 있다. 본 연구에서는 2 상 모델에 기초를 둔 Navier-Stokes 식을 전산유체역학 프로그램을 이용하여 풀었으며, 초저온 냉각 튜브를 통과하면서 기체수소가 액화되는 과정을 분석하였다. 열전도율이 높은 구리관을 초저온 냉각을 위한 관의 재질로 가정하였다. 기체수소의 유입속도를 5 cm/s, 10 cm/s, 20 cm/s로 변화시키면서 냉각튜브 내 유체 온도분포, 축방향 및 반경방향 유체 속도, 기체 및 액체 수소 부피분율 분포를 각각 분석하였다. 본 연구 결과는 향후 액체수소 제조를 위한 기체수소 초저온 냉각기의 설계 및 제작을 위한 기초자료로 활용이 될 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.26-35
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• 2016

수소는 공해가 없는 청정에너지 자원으로, 이를 활용하기 위한 많은 연구가 진행되고 점차 생산 및 소비량이 늘어날 것으로 전망된다. 그러나 수소의 열화학적 특성 상 매우 높은 가연성을 가지며, 특히 밀폐공간에서 수소 가스가 누출되는 경우에 위험성이 높다. 본 연구에서는 전산유체역학 해석기법을 적용하여 밀폐된 공간 내부의 수소가스 누출 현상에 대한 수치해석 연구를 수행하였고, 실험결과와 비교하였다. 또한, 검증된 해석기법을 적용하여 누출공의 크기에 따른 가스 확산 거동에 대하여 해석하고 다양한 기법을 통해 분석하였다. 누출 시간 경과에 따른 공간 내의 가연영역을 누출공 크기 별로 확인하고, 가연영역의 체적분율을 통하여 누출공의 크기가 증가할수록 공간 내부의 가연영역은 급속히 성장함을 확인하였다. 또한 수소 가스의 누출량과 가연영역이 천장까지 성장하는 최소 소요시간 사이의 관계를 도출하였다. 특정 모니터링 지점에서 가스 몰분율 분석을 통해 가스는 형상 규모의 영향을 받지 않고 등방적 특성으로 퍼져나감을 확인하였으며, 특정 지점에서의 가스 농도는 누출구로부터 발생하는 주 유동의 효과와 밀폐공간에서의 가스 누적 효과를 모두 고려해야 함을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.131-131
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• 2013

A single-layer graphene has been uniformly grown on a Cu surface at elevated temperatures by thermally processing a poly(methyl methacrylate) (PMMA) film in a rapid thermal annealing (RTA) system under vacuum. The detailed chemistry of the transition from solid-state carbon to graphene on the catalytic Cu surface was investigated by performing in-situ residual gas analysis while PMMA/Cu-foil samples being heated, in conjunction with interrupted growth studies to reconstruct ex-situ the heating process. The data clearly show that the formation of graphene occurs with hydrocarbon molecules vaporized from PMMA, such as methane and/or methyl radicals, as precursors rather than by the direct graphitization of solid-state carbon. We also found that the temperature for vaporizing hydrocarbon molecules from PMMA and the length of time the gaseous hydrocarbon atmosphere is maintained, which are dependent on both the heating temperature profile and the amount of a solid carbon feedstock are the dominant factors to determine the crystalline quality of the resulting graphene film. Under optimal growth conditions, the PMMA-derived graphene was found to have a carrier (hole) mobility as high as ~2,700 cm2V-1s-1 at room temperature, superior to common graphene converted from solid carbon.

• 대한원격탐사학회지
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• 제15권2호
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• pp.175-181
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• 1999

동한 난류의 북상 끝부분 해역에서 재발생하는 와동류는 봄철과 가을철에 위성이 관측한 해수면 온도 영상에 나타났다. 이러한 재발생 와동류는 1997년 9월 하순 NOAA 위성에 탑재된 AVHRR의 열적외선 영상과 일본 ADEOS 위성에 탑재된 OCTS의 클로로필 영상에도 나타났다. 와동류의 중심은 주변보다 온도가 낮으며, OCTS 위성자료에서 3mg/m$^3$ 이상의 클로로필 농도가 나타났다. 반면, 와동류를 이루는 주변의 더운물에서는 클로로필 농도가 1mg/m$^3$ 이하로 나타났다. 와동류는 가을철 표면수온영상에도 나타났으며 봄에 나타난 것보다 와동류 중심핵의 찬물 온도가 높게 나타났다. 또한 와동류 중심에서 서쪽축의 더운물 온도가 봄에 나타난 것보다 가을에 더 높게 나타났다. 1998년 3월 NOAA 위성과 SeaWIFS 위성자료에서도 재발생되는 와동류와 클로로필량의 농도가 높은 물이 와동류 주변으로 포획되는 장면이 포착되었다. 동한난류의 북쪽 확장 선두와 약 1500m 수심의 대륙붕 위로 남하하는 리만한류가 만나 충돌하는 해역에서 와동류가 형성되는 것으로 사료된다. 와동류가 형성되는 이 해역은 동해 중앙부 해수면에서 우세하게 나타나는 극전선역에서 중규모 구조의 와동류가 극전선 서쪽 해역의 역학적인 해양현상과 강한 연관성이 있음을 나타내었다. ARGOS 위성 추적 표류부이와 와동류의 상호연관성 및 와동류의 지속성에 관한 증거가 토론되었다.

• 생물환경조절학회지
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• 제28권3호
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• pp.225-233
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• 2019

여름철에 자연환기는 온실의 온도를 낮추는데 중요한 역할을 한다. 온실의 형태, 환기창 종류, 환기창의 위치 등은 자연환기 성능에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 전산유체역학(CFD)을 이용하여 다양한 천창구조에 대하여 측창에 따른 부력환기 효과를 비교분석 하였다. Boussinnesq 가정을 사용하여 전체 계산영역에 대한 부력효과를 시뮬레이션 하였다. 또한 RNG $K-{\varepsilon}$ 난류모델을 사용하였다. 일사량 효과를 시뮬레이션 하기 위해 Solar ray tracing과 함께 Discrete originates (DO) radiation 모델을 사용하였다. 실험온실 내부의 온도를 측정하여 CFD모델을 검증하였으며, 실험값과 계산값이 잘 일치하는 것으로 나타났다. 7가지의 천창구조에 대하여 온실의 내외부 온도차이와 환기횟수를 비교하였다. 내외부온도의 차이는 $3.2{\sim}9.6^{\circ}C$ 범위로 나타났고, 환기횟수는 $0.33{\sim}0.49min^{-1}$ 범위로 나타났다. 고깔형 천창구조 온실의 경우 내외부 온도차이가 $3.2^{\circ}C$로 가장 낮았고 환기횟수도 $0.49min^{-1}$로 가장 높게 나타나 환기효과가 가장 우수한 것으로 나타났다.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권4호
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• pp.468-475
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• 2019

엔드라인 폭연방지기는 수직 환기장치에 폭연방지와 함께 대기방출을 하도록 한다. 엔드라인 폭연방지장치는 선박과 같은 산업현장의 다양한 분야에 적용된다. 폭연방지기에서 스프링은 스프링 부하와 스프링의 탄성이 후드 개방 모멘트를 결정하므로 필수 부품이다. 더욱이, 장치 내 스프링은 고온의 상태에서도 작동해야 한다. 따라서, 폭연이 나타나기 시작할 때 스프링의 기계적 하중과 탄성을 분석할 필요가 있다. 이 연구에서는 엔드라인 폭연방지기의 작동 프로세스의 시뮬레이션을 기반으로 열 및 구조해석을 수행하으며, 스프링의 3차원 모델은 CFD 시뮬레이션을 이용하였다. CFD 해석은 FEM 시뮬레이션 값을 입력하여 스프링 구조를 분석한다. 본 연구에서는 스프링 부하의 43 kg, 93 kg 및 56 kg 세 가지 경우 즉, 150 mm 스프링 디플렉션에 부합하도록 집중적으로 관찰하였다. 결과적으로, $1,000^{\circ}C$ 가열조건 하에서 5분 후에 스프링 부하가 10 kg 감소했다. 시뮬레이션 결과는 연소 시간 변화에 따라 스프링의 부하와 탄성을 예측하고 추정할 수 있었다. 또한, 연구의 결과는 폭연방지기의 제조자들에게 역화방지장치뿐만 아니라 스프링의 설계를 최적화하기 위한 참고 자료로 활용할 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권4호
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• pp.639-647
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• 2019

최근 전자장비의 소형화 및, 고밀도화가 되는 반도체 집적기술의 발달로 인해 칩과 모듈에서 발생되는 내부발열량을 외부로 적절히 방출시키기 위해서 열 제어시스템 적용에 대한 연구의 중요성을 인식하고 있다. 본 연구는 SST k-${\omega}$ 난류모델을 적용하여 4개의 블록이 부착한 수평채널내에서 열전달 및 압력강하 특성을 고찰하였다. CFD 해석시 적용한 매개변수는 블록 폭, 블록 높이, 열원 및 난류발생기 배치이고, 해석시 기본 경계조건은 채널 입구의 온도 및 유속은 300 K, 3.84 m/s, 열유속은 $358W/m^2$으로 하였다. 그 결과로 블록 폭비율(w/h)이 증가할수록 열전달성능이 감소하는 반면에 블록 높이비(h/w)이 증가할수록 열전달특성은 증가하는 경향을 나타내었으며, 열원의 크기배열은 낮은 열유속에서 높은 열유속으로 증가시킬수록 열원의 영향을 받아 열전달계수는 증가하는 경향을 나타냈고, 난류발생기는 채널 입구에 가까운 블록 1번 위치의 상단에 설치했을 경우가 4개의 가열블록 전체에 가장 영향을 크게 미치게 되고, 압력강하특성을 고려할 때 가장 적절한 위치로 선정할 수 있었다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제39권3호
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• pp.355-361
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• 2023

지구 표면에 대한 정보는 기상 및 대기 역학의 이해나 인간을 포함한 동물에 큰 영향을 미치는 극한 열현상에 대응함에 있어서 핵심적인 지구 물리량이다. 지구 영역에 대한 온도를 추정하기 위하여 위성에 탑재된 열적외 센서가 널리 활용되어 왔는데, 정밀한 활용을 위해서는 온도 추정 과정의 불확도에 대한 이해가 선행되어야 한다. 하지만 온도추정 불확도에 영향을 미치는 많은 요소 중에서 한반도 주변의 환경 하에서의 온도추정 알고리즘의 불확도 산정에 대한 연구는 미미하였다. 본 연구에서는 한반도 주변의 대기 및 해양 조건하에서 범용성이 높은 single-channel 알고리즘의 불확도를 추정하는 연구를 수행하였다. 알고리즘의 입력자료로 필요한 재분석자료(reanalysis)의 영향성을 평가하기 위하여 두 가지의 재분석자료, 즉 fifth generation of European Centre for Medium-Range Weather Forecasts reanalysis of the global climate and weather (ERA5)와 Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications-2 (MERRA-2)를 사용하였고, 복사전달모델은 MODerate resolution atmospheric TRANsmission (MODTRAN)을 사용하였다. MODTRAN 모의와 온도 추정 정확도 검증에 사용되는 현장 관측 수온은 한반도 인근 해역에 위치한 해양 기상 부이(buoy)로부터 획득했다. 실험 결과, 알고리즘 불확도는 대기 수증기량에 따라서 선형에 가깝게 증가하는 것을 확인하였고, 가장 건조한 조건에서는 약 0.35K 그리고 평균적으로 0.45K 가량의 불확도가 발생함을 확인하였다. 이러한 결과는 재분석자료의 종류에 상관없이 유사하게 도출되어 알고리즘이 가지는 순수한 불확도라고 추정할 수 있었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권5호
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• pp.1802-1813
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• 2023

Conjugate heat transfer between liquid metal and solid is a common phenomenon in a liquid-metal-cooled fast reactor's fuel assembly and heat exchanger, dramatically affecting the reactor's safety and economy. Therefore, comprehensively studying the sophisticated conjugate heat transfer in a liquid-metal-cooled fast reactor is profound. However, it has been evidenced that the traditional Simple Gradient Diffusion Hypothesis (SGDH), assuming a constant turbulent Prandtl number (Pr_t,, usually 0.85 - 1.0), is inappropriate in the Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations of liquid metal. In recent decades, numerous studies have been performed on the four-equation model, which is expected to improve the precision of liquid metal's CFD simulations but has not been introduced into the conjugate heat transfer calculation between liquid metal and solid. Consequently, a four-equation model, consisting of the Abe k - ε turbulence model and the Manservisi k_𝜃 - ε_𝜃 heat transfer model, is applied to study the conjugate heat transfer concerning liquid metal in the present work. To verify the numerical validity of the four-equation model used in the conjugate heat transfer simulations, we reproduce Johnson's experiments of the liquid lead-bismuth-cooled turbulent pipe flow using the four-equation model and the traditional SGDH model. The simulation results obtained with different models are compared with the available experimental data, revealing that the relative errors of the local Nusselt number and mean heat transfer coefficient obtained with the four-equation model are considerably reduced compared with the SGDH model. Then, the thermal-hydraulic characteristics of liquid metal turbulent pipe flow obtained with the four-equation model are analyzed. Moreover, the impact of the turbulence model used in the four-equation model on overall simulation performance is investigated. At last, the effectiveness of the four-equation model in the CFD simulations of liquid sodium conjugate heat transfer is assessed. This paper mainly proves that it is feasible to use the four-equation model in the study of liquid metal conjugate heat transfer and provides a reference for the research of conjugate heat transfer in a liquid-metal-cooled fast reactor.