• 제목/요약/키워드: two-phase system

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리질리언스 개념을 통해서 본 설계 전략과 과정 (Design Strategies and Processes through the Concept of Resilience)

  • 최혜영;서영애
    • 한국조경학회지
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    • 제46권5호
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    • pp.44-58
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    • 2018
  • 도시는 기후 문제로 인한 자연 재해뿐 아니라, 사회나 경제적으로 새로운 변화에 직면하고 있다. 기존의 단순한 재건 방식으로는 도시나 지역의 총체적인 문제를 해결하기 어렵다. 이러한 변화에 대응하기 위한 새로운 접근 방법으로 회복탄력성을 의미하는 리질리언스 개념이 대두되고 있다. 최근 실행 중인 주요 도시 프로젝트의 주제도 리질리언스다. 리질리언스 개념의 설계는 일시적인 유행이라기보다 도시 공간의 다양한 변화에 대응할 수 있는 새로운 설계 전략이라고 볼 수 있다. 본 연구의 목적은 리질리언스 개념을 통해 사례를 분석하여 리질리언스 설계 방법을 탐색하는 것이다. 리질리언스 설계에는 어떤 전략이 필요한지, 기존 설계와는 다른 과정적 특성은 무엇인지를 도출하고자 한다. 연구 사례로는 2013년 '리빌드 바이 디자인' 공모와 2017년 '리질리언트 바이 디자인' 공모를 다룬다. 연구는 문헌 연구와 설계안 분석으로 이루어지며, 설계안 분석은 리질리언스 이론을 적용한 내용적 분석과 설계프로세스의 특성으로 구분하여 진행한다. 이론과 기존 연구를 통해 분석의 틀을 도출하여 설계안을 분석하고, 일반적인 설계 프로세스에 대응하여 리질리언스 설계의 과정적 특성을 분석한다. 도시 리질리언스의 이론을 토대로 분석의 주요 범주를 Urban Infrastructure, Social Dynamics, Economic Dynamics, Health & Wellbeing, Governance Networks, Planning & Institutions로 구분하였다. 각 팀별로 리질리언스 개념의 어떤 측면을 중점적으로 다루었는지, 그에 따른 설계 전략은 무엇인지를 고찰했다. 6개 항목의 대부분을 설계 전략과 연결시킨 것으로 분석되었으며, 내용적인 측면에서 주민 및 이해관계자와 함께 연구하고 설계하는 거버넌스의 역할을 중요하게 다루고 있다는 점을 확인했다. 설계 과정적 특성으로는 사업 이전 단계에서 전 과정을 계획한 점, 기후 변화 외에도 예상 가능한 사회 경제적 위험 요소를 분석한 점, 경관 중심의 통합적 설계를 지향한 점, 구체적인 운영 및 예산 계획으로 지속가능한 실행 전략을 수립한 점으로 요약할 수 있다. 본 연구는 기존에 다양하게 논의되고 있는 리질리언스 개념을 설계 전략으로 연결하고자 한 점, 리질리언스 설계과정의 특성을 도출하여 실천적인 방법론에 대한 가능성을 타진했다는 점에서 의의를 가진다. 재해지역 외에도 여러 유형의 도시 공간에 리질리언스 개념을 적용한 설계 전략 연구를 향후 과제로 남긴다.

제한 및 무제한 포유방법이 홀스타인 송아지의 성장능력에 미치는 영향 (Effect of Ad libitum and Restricted Milk Feeding on Growth Performance of Holstein Calves)

  • ;이현준;이왕식;기광석;김현섭;안병석;박수봉;홍중산;최윤재
    • Journal of Animal Science and Technology
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    • 제48권6호
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    • pp.871-880
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    • 2006
  • 본 연구는 2개월간의 포유기간 동안 홀스타인 젖소 송아지를 무제한 포유방법을 사용하여 무제한 포유시 송아지의 최대 우유섭취량과 급여회수를 조사하고 관행의 제한 포유방법(10%/live weight, kg)과 송아지의 성장능력, 설사발생, 사료건물 섭취량 등에 대한 영향을 비교하였다. 신생 홀스타인 젖소 20두를 공시하여 체중의 10%로 제한 포유구(conventional)와 무제한포유구(4~6회/일)로 각각 10두씩 구분하여 초유는 출생 후 3일 동안 급여하고 이후 60일령에 이유할 때까지 5일 간격의 체중조사 값에 따라 관행방법과 무제한 포유방법을 각각 개체별로 실시하였다. 무제한 포유송아지의 출생당일에 생체중의 13.49%에서 30일령에는 23.51%로 섭취량이 최대값을 나타났다가 이후 감소하는 것으로 나타났으며, 포유기간 전체 평균 우유섭취량은 관행포유구는 4.3kg, 무제한포유구는 9.8kg으로 나타났다(p<0.05). 어린송아지사료(젖떼기용 사료)와 혼합목초건초 섭취량은 시험송아지 모두가 일령 증가에 따라 증가하여 40일령까지는 시험구간에 현저한 차이는 나타나지 않았고 시험 전기간 동안의 관행포유구의 송아지가 건물 섭취량, 조단백 섭취량 및 가소화영양소총량(TDN) 섭취량에서 무제한 포유구의 것보다 각각 18.4%, 20.0% 및 18.9% 많이 섭취한 것으로 나타났다(p<0.05). 1개월령과 2개월령 및 포유기간 전기간 동안의 송아지의 체중 증가에 있어서 무제한 포유구 송아지의 것이 관행구 송아지의 것에 비해 각각 49%, 18.4%, 26%의 증체효과를 나타냈는데, 20일령까지는 시험구간의 체중차이가 뚜렷하지 않았지만 30일령이후 90일령(이유 후 30일령)까지는 무제한 구의 송아지의 체중이 유의하게 높은 것으로 나타났다(p<0.05). 그리고 120일령 이후 180일령까지 체중변화를 살펴보았을 때, 시험구간 체중은 비슷해지는 것을 알 수 있었다. 사료효율은 무제한 포유구의 것보다 관행구의 것이 더 높은 것으로 나타났으며(p<0.05), 시험 전기간 동안 감기, 발열, 설사 등의 질병은 모든 시험구에서 나타나지 않았다. 본 시험을 통해 우리는 무제한 포유방법은 이유 전 송아지의 빠른 성장과 건강유지에 도움이 됨과 이 영향은 최소한 90일령까지 지속된다는 결론을 얻었다.

노인성 치매 환자의 돌봄경험에 대한 문화기술지 (Ethnography of Caring Experience for the Senile Dementia)

  • 김귀분;이경희
    • 대한간호학회지
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    • 제28권4호
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    • pp.1047-1059
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    • 1998
  • Senile Dementia is one of the dispositional mental disorder which has been known to the world since Hippocratic age. It has become a wide-spread social problem all over the world because of chronic disease processes and the demands of dependent care for several years as well as improbability of treatment of it at the causal level. Essentially, life styles of the older generation differ from those of the younger generation. While the fomer is used to the patriarchal system and the spirit of filial piet and respect, the latter is pragmatized and individualized under the effects of the Western material civilization. These differences between the two generations cause conflict between family members. In particular, the pain and conflict of care-givers who take care of a totally dependent dementia patient not only is inciting to the collapse of the family union, but is expanding into a serious social problem. According to this practical difficulty, this study has tried to compare dementia care-givers' experiences inter-culturally and to help set up more proper nursing interventions, describing and explaining them through ethnographies by participant observation and in-depth interviews that enable seeing them in a more close, honest and certain way. It also tries to provide a theoetical model of nusing care for dementia patients which is proper to Korean culture. This study is composed of 12 participants (4 males, 8 females) whose ages range from 37-71 years. The relations of patients are 5 spouses(3 husbands, 2 wives), 4 daughters-in-law, 2 daughters, and 1 son-in-law. The following are the care-givers' meaning of experiences that results of the study shows. The first is "psychological conflict". It contains the minds of getting angry, reproaching, being driven to dispair, blaming oneself, giving up lives, and being afraid, hopeless, and resigned. The second is "physical, social and psychological pressure" . At this stage, care-givers are shown to be under stress of both body and soul for the lack of freedom and tiredness. They also feel constraint because they hardly cope with the care and live through others' eyes. The third is "isolation". It makes the relationship of patient care-giver to be estranged, without understanding each other. They, also, experience indifference such as being upset and left alone. The forth is "acceptance" They gradually have compassion, bear up and then adapt themselves to the circumstances they are in. The fifth is "love". Now they learn to reward the other with love. It is also shown that this stage contains the process of winning others' recognition. The final is "hope". In this stage they really want situations to go smoothly and hope everything will be O.K. These consequences enable us to summarize the principles of cue experience such as, in the early stage, negative response such as physical·psychological confusion, pain and conflict are primary. Then the stage of acceptance emerges. It is an initial positive response phase when care-givers may admit their situations. As time passes by a positive response stage emerges. At last they have love and hope. Three stages we noted above : however, there are never consistent situations. Rather it gradually comes into the stage of acceptance, repeating continuous conflict, pressure and isolation. If any interest and understanding of families or the support of surrounding society lack, it will again be converted to negative responses sooner or later. Otherwise, positive responses like hope and love can be encouraged if the family and the surroundings give active aids and understanding. After all, the principles of dementia care experiences neither stay at any stage, nor develop from negative stages to positive stages steadily. They are cycling systems in which negative responses and positive responses are constantly being converted. I would like to suggest the following based on the above conclusions : First, the systematic and planned education of dementia should be performed in order to enhance public relations. Second, a special medical treatment center which deals with dementia, under government's charge, should be managed. Third, the various studies approaching dementia care experiences result in the development of more reasonable and useful nursing guidelines.

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호흡조절방사선치료를 위한 피부움직임과 종양움직임 차이 평가 (Evaluation of Difference between Skin Motion and Tumor Motion for Respiration Gated Radiotherapy)

  • 권경태;임상욱;박성호;권수일;신성수;이상욱;안승도;김종훈;최은경
    • 한국의학물리학회지:의학물리
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    • 제19권1호
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    • pp.14-20
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    • 2008
  • 본 연구는 호흡조절방사선치료(Respiration gated radiotherapy)를 위해 종양의 실제 움직임과 호흡조절감시장치로 측정한 피부움직임과의 차이를 분석하여 호흡조절방사선치료 시 발생 가능한 오차를 예측하고자 하였다. 호흡에 따른 종양의 움직임을 알아보기 위해 본원에서 2007년1월 10일부터 2월 28일까지 횡경막 주위의 종양 움직임이 큰 폐부위 환자8명, 복부부위 환자 2명에 대해 투시검사기와 호흡조절감시장치를 이용하여 종양의 움직임 영상 및 복부에 위치시킨 적외선 반사장치의 움직임을 측정하였으며, 이 두 측정값의 차이를 정량적으로 비교 평가하였다. 투시검사기에서 종양의 움직임은 $1.3{\sim}3.5cm$ 종축방향(craniocaudal direction)으로 측정되었으며, 호흡조절감시장치는 $0.43{\sim}2.19cm$ 종축방향(craniocaudal direction)의 움직임이 측정되었다. 두 측정값의 비는 $1.31{\sim}5.56$으로 나타났으며 정규화 한 두 값의 표준편차는 $0.08{\sim}0.87cm$ (평균 0.204 cm)로 나타났다. 위상차가 존재한 patient 3를 제외하면 평균 0.13 cm, 최대 0.23 cm의 차이를 보이고 있다. 호흡조절감시장치로 종양의 움직임을 예측할 경우 0.23 cm 차이 이내에서 잘 예측됨을 말 수 있었고, 이 결과로 호흡조절방사선치료 시 0.2cm 정도 오차범위 내에서 치료가 가능할 것으로 예측된다. 다만 위상차이가 있는 환자는 호흡조절방사선치료를 적용하지 않는 것이 바람직하다고 생각된다.

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다중채널 표면파 자료를 이용하여 구한 S파 속도와 감쇠지수 구조: 낙동강 하구의 연약 지반 특성 (S-wave Velocity and Attenuation Structure from Multichannel Seismic surface waves: Geotechnical Characteristics of NakDong Delta Soil)

  • 정희옥
    • 한국지구과학회지
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    • 제25권8호
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    • pp.774-783
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    • 2004
  • 다중채널 탄성파 자료를 이용하여 낙동강 하구 삼각주 지역 연약지반의 지반 특성을 구하기 위하여 S파 속도와 Q$s^{-1}$ 구조를 구하고 이를 시추조사 결과와 비교하였다. 다중채널 신호의 분산곡선을 역산하여 S파 속도구조를 구하고 감쇠지수(attenuation coefficient)를 구하였다. 다중채널 신호 중 음원에서 가장 가까운 신호를 기준 신호로 정하고 10 Hz에서 45 Hz 사이의 주파수에 대하여 거리에 따라 기준 신호에 대한 진폭의 비가 감소하는 정도를 나타내는 기울기를 구하여 감쇠지수를 결정하였다. 이 감쇠지수를 역산하여 지반 최상부 8 m 층의 S파 속도와 함께 Q$s^{-1}$를 구하였다. 이 지역의 시추조사에 의하면 이 지역의 지층은 크게 상부 4 m 실트질 모래층과 하부 4 m 실트질 점토층으로 나누어진다. 표면파 역산에 의해 구해진 S파 속도와Q$s^{-1}$를 시추조사 결과와 비교해보면, 상부 실트질 모래층에서 S파 속도의 공간적 해상도는 약 80m/sec로 하부 실트질 점토층의 속도 40m/sec보다 상대적으로 높은 값을 보인다. 각 층에서 S파 속도의 공간적 해상도는 뚜렷하다. Q$s^{-1}$의 공간구조는 상부 실트질 모래층에서 약 0.02를 보이고 하부 실트질 점토층에서 0.03으로 증가하는 양상을 보인다. Q$s^{-1}$의 공간적 해상도는 상부 약 5 m 구간에서는 양호하나 그 보다 깊은 곳에서는 공간적 해상도가 아주 낮아지는 것을 볼 수 있다. 이 조사지역에서는 실트질 모래층에서 실트질 점토층보다 높은 S파 속도가 나타나고 낮은 Q$s^{-1}$ 값을 보인다. 그러나, 지반의 S파 속도와 Q$s^{-1}$를 결정하는 다른 많은 요인들이 있으므로 이를 일반화하기 위해서는 연약지반의 S파 속도와Q$s^{-1}$에 관한 자료와 연구가 집적되어야 할 것이다.

가축분뇨액비저장조 침전물 퇴적 방지를 위한 2류체 제트노즐식 교반장치 개발에 관한 연구 (Development of a 2-fluid Jet Mixer for Preventing the Sedimentation in Livestock Liquid Manure Storage Tank)

  • 유병기;홍종태;김혁주;권진경;오권영;박병곤
    • 한국축산시설환경학회지
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    • 제18권3호
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    • pp.207-220
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    • 2012
  • 본 연구에서 고형침전물이 누적되어 쌓이는 것을 효과적으로 부유시키고 혼합하여 미세한 공기방울이 액비에 접촉함으로서 발효촉진을 도모하고자 폭기식 2류체 제트노즐 설계조건 구명시험을 실시하여 1차 노즐과 2차 노즐 구경비 설정 및 1차 노즐에서의 액체의 적정 유속을 설정하고, CFD 이용 유동해석에 의한 노즐 분사구 위치를 설정하였다. 이 결과를 토대로 가축분뇨 액비저장조 침전물 교반장치를 제작하여 농가에 많이 보급되고 있는 200 ton 규모의 액비저장조에 설치하여 침전물 교반 성능을 평가한 결과는 다음과 같다. 1. 침전물 교반기의 설계조건 구명을 위해 2류체 노즐을 공시하여 시험한 결과 1차 노즐과 2차 노즐의 구경비를 1:2로 한 상태에서 1차 노즐의 유속을 12.3 m/s 이상으로 하여야 기체 기포의 미세화가 가능한 것으로 판단되었다. 2. 컴퓨터유동해석을 한 결과 노즐의 설치간격을 같게 하는 것이 노즐당 담당부피를 같게 설치하는 것보다 효율적인 것으로 분석되었다. 3. 설계요인 시험과 유동해석을 토대로 4개의 노즐이 일자형 관에 설치된 침전물교반 장치를 제작 200톤 저장조에 설치 가동시험을 실시하였다. 먼저, 전체 평균 TS와 VS가 각각 23.4 g/L, 15.5 g/L인데 반하여, 교반 전 40 cm 이상 높이의 TS 및 VS가 평균 21.1 g/L, 13.3 g/L으로 교반기를 가동하지 않는 경우는 많은 고형물이 바닥에 가라앉아 있음을 알 수 있다. 또한, 가동 후 45분이 경과한 후에는 TS와 VS 모두 전체 평균과 동일한 값을 나타내고 있어 침전물들이 충분히 부유되어 혼합됨을 확인할 수 있다. 액체제트 분사교반 45 분후에 평균 23.5 g/L, 15.5 g/L로, 액체-기체 2류체 노즐 사용시 23.6 g/L, 14.9 g/L로 증가한 것은 교반 전에 바닥에 침전되어 있던 고형물들을 부유시켜 교반 혼합하는 것이 가능한 것으로 판단되었으며, 호기발효를 고려하지 않은 균일도 측면에서는 액체제트를 사용한 것이 보다 균일한 것으로 나타났다. 4. 침전물 교반기의 가동주기를 알아보기 위해 가축분뇨의 교반을 중지하였을 때 2시간 후에도 0.4 m 높이에서 TS 및 VS가 증가하고 있어 교반정지 간격을 2시간으로 주어도 교반기 운영에는 큰 지장이 없을 것으로 판단된다.

폐암환자의 종양추적 정위방사선치료를 위한 삼차원 및 사차원 방사선치료계획의 비교 (Comparison of Three- and Four-dimensional Robotic Radiotherapy Treatment Plans for Lung Cancers)

  • 채규영;임영경;강기문;정배권;하인봉;박경범;정진명;김동욱
    • Radiation Oncology Journal
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    • 제28권4호
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    • pp.238-248
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    • 2010
  • 목적: 폐암환자의 종양추적 정위방사선치료에서 삼차원 및 사차원치료계획의 선량분포 차이를 비교하였고 선량계산 알고리즘에 따른 폐의 비균질성 보정 결과에 커다란 차이가 있음을 확인하고자 하였다. 대상 및 방법: 7명의 폐암환자를 대상으로 전향적 호흡동조된 사차원 컴퓨터단층촬영 영상을 얻었다. 획득한 영상은 환자의 호흡에 대응하는 10개의 삼차원단층촬영 영상이며 이를 바탕으로 사차원치료계획이 수립되었다. 사차원 치료계획에서는 종양과 주변장기의 움직임을 고려하여 X선의 방향과 선량분포를 최적화한다. 사차원치료계획에서 최적화된 빔을 호흡의 50% 위상에 해당하는 한 개의 삼차원단층촬영 영상에 동일하게 적용하여 삼차원치료계획을 만들었다. 삼차원 및 사차원 치료계획에서 선량계산을 위하여 각각 Ray-tracing과 몬테칼로 알고리즘을 사용하였다. 수립된 4개의 치료계획에서 처방선량의 종양체적 포함률 종양체적의 95%를 포함하는 선량인 D95, 종양의 최대선량, 그리고 척수의 최대선량을 비교하였고 종양의 위치에 대한 연관성도 함께 고찰하였다. 결론: 몬테칼로 알고리즘을 사용한 삼차원 및 사차원 치료계획에서 종양이 폐의 하엽에 위치해 있는 경우에는 사차원치료계획에서 종양 포함률이 평균 4.4% 높았던 반면에 종양이 폐의 중엽이나 상엽에 위치해 있는 경우에는 반대로 평균 4.6% 낮았다 또한 D95도 종양이 폐의 하엽에 위치해 있는 경우에는 사차원치료계획에서 평균 4.8% 높았던 반면에 종양이 폐의 중엽이나 상엽에 위치해 있는 경우에는 반대로 평균 1.7% 낮았다. 척수의 최대선량에 대한 비교에서도 종양과 유사한 경향이 나타났다. 치료계획의 차원과 무관하게 Ray-tracing과 몬테칼로 알고리즘 사이의 선량계산 차이는 평균 30% 정도로 몬테칼로 알고리즘을 사용하였을 때 처방선량이 포함하는 종양의 부피는 크게 줄어들었다. 결론: 폐 종양의 삼차원 및 사차원 치료계획 사이의 차이를 종양과 척수의 선량분포를 통해 비교하였다. 두 치료계획 사이에서 planning target volume (PTV) 포함률이나 D95와 같이 종양과 관련된 선량학적 인자들의 차이 또는 척수의 최대선량 차이는 종양의 이동크기와 형태변화의 정도에 밀접하게 연관되어 있는 것으로 나타났다. 또한, 치료계획의 차원과 무관하게 몬테칼로 알고리즘을 사용하면 처방선량이 포함하는 PTV 포함률이나 D95가 크게 줄어드는 것을 확인하였다.

습식분류층 석탄가스화기 수치해석 및 실험적 연구 (Numerical and Experimental Study on the Coal Reaction in an Entrained Flow Gasifier)

  • 김혜숙;최승희;황민정;송우영;신미수;장동순;윤상준;최영찬;이재구
    • 대한환경공학회지
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    • 제32권2호
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    • pp.165-174
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    • 2010
  • 석탄 가스화 반응을 모델링하여 습식분류층 석탄 가스화기의 반응특성에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 신뢰성 있는 수치해석기술을 이용하여 가스화 장치의 기본설계와 더불어 최적 운전조건의 설정에 있다. 석탄 가스화 반응은 복사가 관여하는 고체와 기체의 이상 난류반응으로서 수증기 증발로부터 휘발화, 촤와 가스의 반응 등 일련의 연소반응의 구조를 가진다. 본 연구에서는 실험과 수치해석적인 방법을 병행하여 연구를 수행하였으며 한국에너지기술연구원에 설치된 1톤 규모의 실험용 가스화기를 대상으로 하였다. 본 연구에서는 기본적으로 상용프로그램을 사용하였으며 석탄 가스화 반응해석에 필요한 여러 서브루틴을 개발하여 해석하였다. 세부 반응 서브루틴의 난류반응은 기본적으로 에디붕괴모델에서 화학적 반응속도의 개념을 조화평균의 형태로 사용하였다. 그리고 석탄입자궤적은 라그란지안 접근방식을 선택하였으며 입자의 궤적 계산에서 저항력에 나타나는 난류비선형적인 문제에 대한 모델도 고려하였다. 이와 같이 개발된 프로그램은 실험에서 얻어진 가스농도와 온도분포 그리고 냉가스 효율 등의 자료들과 비교하여 성능을 일차적으로 검토하였다. 석탄의 입자크기분포, 석탄 슬러리 농도, 그리고 가스화기의 형상변화는 가스화 성능에 직접적으로 영향을 주며 이를 합성가스 생성량과 냉가스 효율을 통해 비교 검토하였다. 본 연구 결과가 비록 물리적으로 타당하고 변수연구의 일관성을 보여주나 기류층 석탄가스화 반응장치의 복잡성을 고려하여 볼 때 보다 많은 실험결과에 대한 정교한 모델검증 노력이 신뢰성 있는 프로그램의 완성에 필요할 것으로 판단된다.

담관낭종 -대한소아외과학회회원 대상 전국조사- (Choledochal Cyst in Korea - A Survey by the Korean Association of Pediatric Surgeons -)

  • 최금자;김대연;김상윤;김성철;김신곤;김우기;김인구;김재억;김재천;김해영;김홍주;박귀원;박우현;박진영;백홍규;서정민;송영택;오수명;유수영;이두선;이명덕;이석구;이성철;박영식;이태훈;정상영
    • Advances in pediatric surgery
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    • 제9권1호
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    • pp.45-51
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    • 2003
  • 본 조사 결과는 32개 병원의 39명의 회원에 의해 수술받은 환자 348명의 기록과 회원 37명의 설문 응답자를 분석한 것으로 많은 수의 기록지가 내용이 불충분하거나 일치되지 않은 기술로 인해 자료로서의 한계가 있었다. 특히 췌담관합류 이상에 대한 기록 중 약 절반이 미상으로 기록된 것에서 알 수 있드시 자료가 매우 미흡하였고, 담관낭종의 유형을 정하는 것 예후 인자 및 산 전 진단된 담관낭종의 수술 적기등에 대하여도 회원마다 견해 차이가 있으나 심도있는 토론이 이루어지지 않았다. 따라서 이 결과를 외국의 통계 분석과 비교하는 것 보다는 회원들의 향 후 진료와 연구에 참고가 될 수 있다는 것에 의미를 두고자 하며, 회원들이 동일한 등록지를 작성하는 전향적 연구로 우리나라 담관낭종에 대한 분류, 췌담관 합류이상, 예후 인자들에 대한 재 논의의 출발점이 되기를 기대한다.

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Recent research activities on hybrid rocket in Japan

  • Harunori, Nagata
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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    • pp.1-2
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    • 2011
  • Hybrid rockets have lately attracted attention as a strong candidate of small, low cost, safe and reliable launch vehicles. A significant topic is that the first commercially sponsored space ship, SpaceShipOne vehicle chose a hybrid rocket. The main factors for the choice were safety of operation, system cost, quick turnaround, and thrust termination. In Japan, five universities including Hokkaido University and three private companies organized "Hybrid Rocket Research Group" from 1998 to 2002. Their main purpose was to downsize the cost and scale of rocket experiments. In 2002, UNISEC (University Space Engineering Consortium) and HASTIC (Hokkaido Aerospace Science and Technology Incubation Center) took over the educational and R&D rocket activities respectively and the research group dissolved. In 2008, JAXA/ISAS and eleven universities formed "Hybrid Rocket Research Working Group" as a subcommittee of the Steering Committee for Space Engineering in ISAS. Their goal is to demonstrate technical feasibility of lowcost and high frequency launches of nano/micro satellites into sun-synchronous orbits. Hybrid rockets use a combination of solid and liquid propellants. Usually the fuel is in a solid phase. A serious problem of hybrid rockets is the low regression rate of the solid fuel. In single port hybrids the low regression rate below 1 mm/s causes large L/D exceeding a hundred and small fuel loading ratio falling below 0.3. Multi-port hybrids are a typical solution to solve this problem. However, this solution is not the mainstream in Japan. Another approach is to use high regression rate fuels. For example, a fuel regression rate of 4 mm/s decreases L/D to around 10 and increases the loading ratio to around 0.75. Liquefying fuels such as paraffins are strong candidates for high regression fuels and subject of active research in Japan too. Nakagawa et al. in Tokai University employed EVA (Ethylene Vinyl Acetate) to modify viscosity of paraffin based fuels and investigated the effect of viscosity on regression rates. Wada et al. in Akita University employed LTP (Low melting ThermoPlastic) as another candidate of liquefying fuels and demonstrated high regression rates comparable to paraffin fuels. Hori et al. in JAXA/ISAS employed glycidylazide-poly(ethylene glycol) (GAP-PEG) copolymers as high regression rate fuels and modified the combustion characteristics by changing the PEG mixing ratio. Regression rate improvement by changing internal ballistics is another stream of research. The author proposed a new fuel configuration named "CAMUI" in 1998. CAMUI comes from an abbreviation of "cascaded multistage impinging-jet" meaning the distinctive flow field. A CAMUI type fuel grain consists of several cylindrical fuel blocks with two ports in axial direction. The port alignment shifts 90 degrees with each other to make jets out of ports impinge on the upstream end face of the downstream fuel block, resulting in intense heat transfer to the fuel. Yuasa et al. in Tokyo Metropolitan University employed swirling injection method and improved regression rates more than three times higher. However, regression rate distribution along the axis is not uniform due to the decay of the swirl strength. Aso et al. in Kyushu University employed multi-swirl injection to solve this problem. Combinations of swirling injection and paraffin based fuel have been tried and some results show very high regression rates exceeding ten times of conventional one. High fuel regression rates by new fuel, new internal ballistics, or combination of them require faster fuel-oxidizer mixing to maintain combustion efficiency. Nakagawa et al. succeeded to improve combustion efficiency of a paraffin-based fuel from 77% to 96% by a baffle plate. Another effective approach some researchers are trying is to use an aft-chamber to increase residence time. Better understanding of the new flow fields is necessary to reveal basic mechanisms of regression enhancement. Yuasa et al. visualized the combustion field in a swirling injection type motor. Nakagawa et al. observed boundary layer combustion of wax-based fuels. To understand detailed flow structures in swirling flow type hybrids, Sawada et al. (Tohoku Univ.), Teramoto et al. (Univ. of Tokyo), Shimada et al. (ISAS), and Tsuboi et al. (Kyushu Inst. Tech.) are trying to simulate the flow field numerically. Main challenges are turbulent reaction, stiffness due to low Mach number flow, fuel regression model, and other non-steady phenomena. Oshima et al. in Hokkaido University simulated CAMUI type flow fields and discussed correspondence relation between regression distribution of a burning surface and the vortex structure over the surface.

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