• 대한기계학회논문집A
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• 제38권2호
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• pp.157-166
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• 2014

경수로 핵연료가 원자로내에서 연소되는 동안 핵연료 펠릿에서부터 피복관까지 온도해석은 핵연료 안전 해석에 있어 중요한 요소이며, 경수로 핵연료 온도 해석을 하기 위해서는 간극 모델 개발이 필수적이다. 간극 열전도도는 특성상 간극 두께값에 의존적이게 되며 이러한 특성으로 인해 다차원 간극 열전도도 모델이 비선형적 거동을 보인다. 본 연구에서는 선형화된 다차원 간극 열전도도 모델 개발을 위해 가상 연결 간극 요소를 제안하였다. 제안된 간극 연결 요소에 간극 열전도도를 적용하기 위해 등가 열전달 계수를 정의하였다. 제안된 모듈을 평가하기 위해 상용코드 ANSYS APDL 을 이용하여 열-구조 연계 해석 모듈을 구현하였으며, 다양한 예제를 통해 정확성과 수렴성을 평가하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제27권3호
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• pp.344-357
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• 1995

핵연료 소결체와 피복관 사이의 간극 크기에 크게 좌우되는 간극 열전도도는 연료봉내 초기 저장에너지 양에 중요한 영향을 끼친다. 정상상태 계산용 ELESTRES 코드에서 사용 중인 수정된 Ross-Stoute 의 간극 열전도도 모델은 단순한 열적 변형 모델에 기초한다. 최근의 실험에서 핵연료 소결체가 연소됨에 따라서 균열, 소결체 재배열 등이 발생되고, 피복관 내부의 편심에 위치하게 된다는 것이 알려졌다. 본 논문에서는, 최근에 제안된 편심형 간극 모델과 소결체 재배열형 간극 모델 등이 기술되었고, 실험 조건과 중수로 핵연료봉의 운전조건 하에서의 소결체와 피복관 사이의 간극 열전도도를 계산하는데 이용되었다. 실험 치와 계산치가 잘 일치됨으로써, 수정된 Ross-Stoute 모델이 ELESTRES 코드 내에서 사용된 열전달 관련 가정들과 잘 부합됨을 보여 주었다. 출력 경계곡선을 따라서 수정된 Ross-Stoute 모델로 계산된 간극내 열전달과 핵연료 표면 온도 등이 편심형 간극 모델과 소결체 재배열형 간극모델에 의한 예측치보다 보수적이었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권9호
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• pp.5-11
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• 2023

지반구조물의 해석에 있어서 해석의 고려 대상과 분야가 점점 다변화되고 있으며, 특히 지반동결과 관련된 분야에서 지반재료의 열적거동 특성에 대한 예측의 필요성이 중요해지고 있다. 신뢰성 있는 지반의 동결거동 평가를 위해서는 다양한 조건에서의 시료의 유효 열전도도 변화에 대한 고려가 필요하다. 본 논문에서는 시료의 간극률, 초기 포화도, Read time 설정을 달리하여 탐침 실험을 수행하였고, 이를 통해 동결 사질토의 유효 열전도도에 영향을 미치는 인자들을 평가하였다. 서로 다른 간극률 조건에서 실험을 수행한 결과, 시료의 간극률이 작을수록 동결토의 유효 열전도도는 증가하는 경향이 나타났다. 반면, 시료의 포화도가 증가할수록 동결토의 유효 열전도도는 증가하였다. 유효 열전도도 측정에 대한 계측기 Read time 설정의 민감도가 존재하였는데, Read time을 1분으로 설정하여 측정하였을 때 측정값의 범위가 국내의 선행연구결과와 유사하게 나타났다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권3호
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• pp.249-257
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• 2015

원자력 발전소의 반응로에는 핵분열 에너지를 생성하고 방사성 물질의 유출을 막는 핵연료 집합체가 있으며, 이러한 집합체는 핵연료와 피복관으로 구성되어 있는 핵 연료봉으로 구성되어 있다. 원자로에서 핵연료봉 거동의 안전성을 평가하기 위해 해석적인 방법을 적용하며 이러한 평가 코드를 핵 연료 성능 코드라 한다. 경수로 핵연료 해석에서는 간극의 두께에 따라 열전도도가 크게 영향을 받는 간극 열전도도가 주요 거동해석에 영향을 미친다. 본 연구에서는 간극 두께에 따라 열전도도가 변화하는 3 차원 간극 요소(Gap element)를 제안하였으며, 이를 적용하기 위해 3 차원 열탄성 모듈을 FORTRAN90을 이용하여 개발하였다. 제안된 3 차원 간극 요소를 이용하여 핵 연료봉에서 발생할 수 있는 비대칭적인 형상인 핵 연료 표면에 결함이 생긴 경우 MPS(Missing Pellet Surface)와 핵연료봉의 편심(Eccentricity of the nuclear fuel rod) 형상에 대하여 3 차원 해석을 진행하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.157-160
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• 2011

본 연구에서는 광섬유 센서 기반 스마트 모니터링 시스템이 지중 열전도도 측정에도 효율적으로 적용될 수 있는지를 분석하였다. 이를 위해 광섬유 온도센서를 이용하여 지반의 열전도도를 측정할 수 있는 열응답 시험기가 개발되었다. 개발된 열응답 시험기는 기존의 RTD(Resistance Temperature Detector) 온도 센서 외에 광섬유 센서의 한 종류인 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서도 실시간적으로 측정할 수 있는 시스템으로 구성되어 있다. 개발된 장비의 적용성 검증을 위하여 주문진 표준사를 이용하여 모형토조 내에 일정한 간극비에 맞추어 시료가 조성되었으며 지중열교환기는 U자형 파이프가 사용되었다. 20시간동안 열응답 시험을 통하여 광섬유 센서와 RTD 센서를 동시에 이용하여 온도값을 측정하여 표준사의 열전도도 값을 산출하였다. 그 결과 모형실험을 통한 열전도도 값은 탐침법을 통해 얻어진 열전도도 값과 선형 열원 모델(line source model) 해석해와 거의 유사하게 나타났으며 광섬유 센서와 RTD 센서와의 온도차는 0.1~0.3$^{\circ}$로써 유사한 값을 나타내었다. 따라서 본 연구에서 개발된 광섬유 기반 열응답 시험기는 지반의 열전도도를 측정하는데 효과적으로 사용될 수 있음을 알 수 있었으며 향후 지열시스템 가동에 따른 지중열 교환기의 손상도 평가 및 경보시스템 개발을 위해 지중열교환기의 거동을 실시간으로 모니터링 하는데 있어서도 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권2C호
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• pp.69-77
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• 2012

일반적으로 지열 에너지파일 및 수평형 지열교환기는 기존의 연직형 지열히트펌프에 비하여 지표면에서 가까운 깊이에 설치되며, 이 경우 지열교환기의 열 교환 거동은 토사층에서의 열전도도에 많은 영향을 받게 된다. 기존의 연구에 따르면 지하수위 상부에 놓인 흙의 열전도도는 에너지파일의 열 교환 성능에 많은 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 이는 부분적으로 포화된 흙의 열전도도는 함수비에 큰 영향을 받기 때문이다. 본 연구에서는 국내에 널리 분포하고 있는 화강풍화토의 열전도도 예측에 대한 연구를 수행하였다. 5개 지역에서 채취한 화강풍화토 시료의 간극율과 포화도를 바꾸어가며 탐침법 기반 열전도도 측정시험을 수행하였고, 기존의 열전도도 추정 모델들의 적합성을 평가하였다. 마지막으로 국내 화강풍화토에 적합한 경험적 예측식을 제안하고 이를 토대로 실험자료를 분석해 보았으며 기존 문헌에 실린 실험결과에 적용하여 그 적절성을 살펴보았다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권9호
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• pp.77-86
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• 2011

지반 물질의 열전도도는 경험식이 제안하는 단위 중량, 간극률 등의 영향 인자 이외에도 하중조건에 따라 크게 좌우된다. 본 논문에서는 개별요소법에 의해 생성된 입자상 지반재료의 열 전달 특성을 열 네트워크 모델로 해석하여 하중이 열전도도에 미치는 영향을 평가하였다. 하중의 변화에 의한 개별 입자들간의 접촉수 및 간극률, 간극수의 전도도에 따른 열전도도를 산출하여 영향 요소들간의 관계를 분석하였다. 전도도의 변화 양상은 전단강성도 분석과 유사하게 열전달 방향 및 하중 크기에 따른 멱함수 형태로 회귀분석이 가능하였다. 해석 결과 하중에 따른 입자간 접촉 면적의 증가 및 간극수의 전도도가 전체 입자상 물질의 열 흐름에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 열전도도의 이방성은 하중 방향에 의해 좌우되며 입자 스케일에서의 매커니즘이 열 흐름을 좌우하는 중요한 인자임을 보였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권5호
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• pp.437-447
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• 2016

원자력 발전소의 반응로에 핵연료 봉으로 이루어진 집합체가 있으며 핵 연료의 연소를 통한 열을 이용하여 발전을 한다. 핵연료 봉은 핵연료와 그를 감싸는 피복관으로 이루어졌으며 연소되는 동안 서로의 상호작용에 대한 해석은 안전성을 평가함에 있어 중요한 사실이다. 본 논문에서는 핵연료와 피복관의 연소 상태에서 기계적 상호작용에 대한 해석 방법에 대하여 제시한다. 온도 해석에 있어서 핵연료와 간극 사이에서의 열전도도가 중요하며 간극 거리와 접촉여부에 따른 접촉 압력이 또한 중요 요소이다. 이에 간극 열전도도는 비결정론적이기 때문에 이를 해결할 수 있는 방법에 대하여 제시했다. 핵 연료의 열팽창에 따른 피복관과의 접촉을 해결하기 위한 계산을 수행하였고 그에 따라 접촉 시 발생하는 응력이 항복함수를 넘어 소성 변형이 일어날 경우 또한 고려하였다. 핵연료의 열팽창에 따라 피복관과 접촉에 의한 소성 변형을 해석하므로 핵연료 봉의 안정성을 평가할 수 있다. 이를 적용하기 위해 3차원 유한요소 모듈을 FORTRAN90을 이용하여 개발하였다. 핵연료와 피복관의 접촉에 의한 탄소성 변형을 주로 다루며 두꺼운 실린더를 통한 간단한 이론 모델을 제시하여 코드에 대해 검증을 실시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권8호
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• pp.49-60
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• 2020

동상민감성 시료의 동상 거동을 평가하기 위해 완전히 결합된 열-수리-역학 연계해석을 수행하였다. 이를 위한 구성모델은 질량보존방정식, 에너지보존방정식, 힘평형방정식을 기반으로 유도되었다. 구성모델을 통해 간극수의 상변화, 간극수 유동 및 수반되는 기계적 변형 등 1차원 동결에 대한 다양한 물리적 현상을 정량적으로 고려할 수 있었다. 한편, 시료의 동상발생량 및 동상속도에 미치는 영향 인자들을 조사하기 위해 민감도 분석 연구가 수행되었다. 민감도 분석 결과에 따르면, 시료의 초기 간극비는 종속변수인 동상발생량과 동상속도에 독립적으로 큰 영향을 미치는 반면 흙 입자 열전도도 및 온도구배는 독립적으로 미치는 영향보다 두 변수 간 상호 작용을 통해 더 큰 영향을 미침을 확인하였다. 본 연구에서 고려된 인자들은 모두 동상발생량과 동상속도에 영향을 미치는 주요 인자이며, 표본시료의 동상민감성 여부를 결정하는 데에 활용될 수 있을 것이다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.1-12
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• 2016

본 논문에서는 지열 활용시스템을 지반구조물에 적용시 발생하는 주변 지반에 부과되는 다양한 온도 및 온도변화 사이클이 흙의 역학적 특성에 미치는 영향에 대한 내용을 다루었다. 이를 위해 화강풍화토를 대상으로 다양한 온도변화 조건을 구현하고 이에 따른 흙의 입자구조 및 열전도특성 변화 경향을 고찰하였다. 아울러 다양한 OCR(over consolidation ratio)값을 가지는 시료를 제작하여 내부 온도를 $20^{\circ}C{\sim}70^{\circ}C$까지 변화시키며 온도상승과 가열-냉각 반복작용 횟수에 따른 흙에 미치는 영향을 분석하고자 온도계로 압축셀 내부 온도를 측정하였으며 비배수 실험을 통해 시료에 작용하는 축차응력 및 간극수압을 측정하여 온도변화가 화강풍화토에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 온도상승과 가열-냉각 반복 작용으로 인해 간극수압이 증가하며 축차응력 또한 감소하는 것으로 관찰되었다.