• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제24권4호
• /
• pp.23-29
• /
• 2017

본 연구에서는 선박이송용 트레슬의 표면에 부착할 수 있는 광섬유센서 패키지를 설계하고 파장다중분할방식에 기초한 센서 네트워크를 설계한 후, 모의 트레슬 유닛을 이용한 실험을 통하여 트레슬의 구조적 건전 모니터링을 위한 스마트 트레슬의 가능성을 확인하였다. 광섬유 브래그 격자 센서는 알루미늄 관으로 만들어진 원통형으로 패키징 되었다. 또한, 패키징 된 광섬유 센서를 폴리머 튜브에 삽입 한 후, 튜브 내부에 에폭시를 충전하여 센서가 해수에 대한 부식저항과 내구성을 갖도록 하였다. 패키지 된 광섬유 센서는 0.2 MPa 하의 수압테스트를 통하여 해수에서의 사용에 대한 신뢰성도 검증되었다. 트레슬의 변형에 관한 유한 요소 해석에 의해 얻어진 트레슬 부재의 변위가 큰 곳을 중심으로 트레슬에 부착할 브래그 격자의 수와 위치를 결정하였다. 최대 하중이 가해지는 트레슬 부재의 변형은 ${\sim}1000{\mu}{\varepsilon}$의 변형율로 분석되었으며, 그 때 트레슬에 걸리는 최대 하중으로 인한 센서의 브래그 파장 변화는 ~1,200 pm으로 계산되었다. 유한 요소 해석에서 얻은 결과에 따라 센서의 브래그 파장 간격을 3~5 nm로 결정하여 트레슬에 하중이 가해 졌을 때 센서 사이의 브래그 격자 파장값이 겹치지 않도록 설계하였다. 5개의 광섬유센서 패키지로 구성된 센서 모듈 5개를 연결하면 브래그 격자 센서 50개가 네트워크 될 수 있으므로, 브래그 격자 파장 검출기의 광원 중심 파장이 1550 nm에서 150 nm 광학 창 내에서 모두 검출될 수 있도록 하였다. 모의 트레슬 유닛에 부착 된 5개의 광섬유 센서 패키지의 브래그 파장 이동은 광섬유 루프미러를 사용하는 브래그 격자 파장검출기에 의해 잘 검출되었으며, 그 때 검출된 브래그 격자 센서의 값은 최대 변형률이 약 $235.650{\mu}{\varepsilon}$로 측정되었다. 센서 패키징과 네트워킹의 모델링 결과는 실험 결과와 서로 잘 일치하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제11권4호
• /
• pp.181-190
• /
• 2008

기후변화 및 교토의정서상의 온실가스 의무감축요구에 대응하기 위하여 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 포집한 $CO_2$를 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하고, 이를 해저 지질구조내 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장 및 관리하는 $CO_2$ 해양지중저장기술이 국내외적으로 주목 받고 있다. $CO_2$ 해양지중저장 처리 시스템 설계를 수행하는데 있어 전산모사를 통한 공정 설계는 필수적이다. 즉, 수치 모델링을 통하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리에 필요한 일련의 공정을 열역학 상태방정식 등을 이용하여 모사하는 것이다. 본 논문에서는 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계에 사용되는 열역학 상태방정식들을 비교 분석하였다. 또한, 상태방정식 계산결과의 정확성을 평가하기 위하여 실험으로부터 구해진 데이터와 비교를 수행하였다. 이상기체 상태방정식과 SRK식은 $29.85^{\circ}C$, 60 bar 이상에서 밀도를 전혀 예측하지 못하였으며, 고온 고압의 초임계 상태에서 100% 내외의 오차를 보였다. BWRS 식은 임계온도 근처인 $29.55^{\circ}C$, 임계압력 근처인 $60{\sim}80\;bar$ 사이의 영역에서 실험값을 전혀 예측하지 못하고 최대 100%의 차이를 보였다. $CO_2$ 해양지중저장 처리의 저장지 조건인 온도 $31.1^{\circ}C$ 이상, 압력 73.9 bar 이상의 초임계 상태에서 PR 식과 PRBM 식은 실험값을 비교적 잘 예측하였다. 따라서 $CO_2$ 해양지중저장처리 공정 중 고온, 고압 영역에서는 상기 상태방정식을 이용한 공정 설계가 유용하다고 판단된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제11권4호
• /
• pp.191-198
• /
• 2008

$CO_2$ 해양지중저장 처리 시스템 설계를 수행하는데 있어 전산모사를 통한 공정 설계는 필수적이다. 즉, 수치 모델링을 이용하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리 공정 중 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 $CO_2$를 포집하는 포집공정, 포집한 $CO_2$를 파이프라인이나 선박 등을 통해 이송하는 수송공정, 이를 깊이 800m 이상의 해저 지질구조내 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장하는 저장공정 등 일련의 공정을 열역학 상태방정식 등을 이용하여 모사하는 것이다. 본 논문에서는 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계에 사용되는 열역학 상태방정식들을 비교 분석하고 이들이 압축 및 수송공정에 미치는 영향 등을 평가하였다. 이와 같은 연구결과에 근거하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 압축 및 수송 공정 설계 시 유용한 열역학 상태방정식을 제안하였다. 상태방정식 계산결과 간의 비교 및 영향 평가를 위하여 순수 단일성분 $CO_2$와 순산소 연소 석탄 화력발전소에서 포집된 $CO_2$ 혼합물의 압축 및 수송거동을 분석하였다. 순수 단일성분 $CO_2$의 압축 및 수송공정 계산결과에는 이상기체 상태방정식을 제외한 상태방정식 간에 큰 차이가 존재하지 않으나, NO, Ar 그리고 $O_2$ 등이 포함된 순산소 연소 석탄 화력발전소에서 포집된 $CO_2$ 혼합물의 압축 및 수송공정에는 PR 계열의 상태방정식과 BWRS 상태방정식에서 커다란 차이가 나타났다. 즉, 8bar 이상의 압력, $30^{\circ}C$ 내외의 온도 영역에서 $CO_2$ 혼합물을 서로 다른 상태로 예측하였다. 이러한 불순물의 영향으로 인하여 $CO_2$ 혼합물의 압축 및 수송공정 설계에 PR계열의 PRBM 상태방정식의 적용이 BWRS식 적용보다 유용하다고 판단된다.

• 한국대기환경학회지
• /
• 제24권2호
• /
• pp.196-205
• /
• 2008

오존 농도와 기상 인자의 연직관측을 수행하여 오존분포와 하부 대기구조와의 관계를 분석하였다. 관측은 서울 방이동에서 2003년 6월 $6{\sim}9$일에 하루 2회씩(주 야간)총 8회에 걸쳐 이루어졌으며, 고도 5 km 이내의 관측결과를 중심으로 대기경계층 일변화와 연직 오존농도 변화를 집중분석하였다. 관측 결과, 대기경계층 내 야간안정층 및 혼합층 발달에 따라 큰 오존농도 분포변화를 확인할 수 있었다. 야간에는 안정층 내에서 $NO_x$ 적정반응으로 0에 가까운 낮은 오존농도를 나타내었다. 한편 오후에는 혼합층 내에서 비교적 일정한 오존농도 분포를 나타내며, 대기경계층 상부에서 100 ppb 이상의 최고 농도가 관측되었다. 특히 지표부근 오존농도가 높았던 6월 8일의 관측결과를 통해, 오존의 생성 소멸과 관련한 국지효과뿐만 아니라 제한된 혼합층 발달이 고농도오존 발생에 중요한 영향을 미침을 확인할 수 있었다. 또한 관측 기간 중, 국지규모 이상의 수송효과에 의한 대기경계층 상부의 농도 상승과 종관기류 변화에 따른 수송 효과가 간접적으로 확인되었다. 연직 오존분포 분석에 있어 충분치 않은 관측 자료로 인해 정확한 시간적 변동을 고찰할 수 없는 한계를 보였다. 하지만 본 연구를 통해 서울지역 대기하층의 오존 분포 변화와 기상학적 특징을 살펴봄으로서 고농도오존 현상의 역학적인 이해를 도울 것으로 생각되며, 관측 결과는 도시 오존제어를 위한 광화학 수치모델링의 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국지구과학회지
• /
• 제31권3호
• /
• pp.214-224
• /
• 2010

황해 서남부 지역의 지구물리학적 특성을 연구하고 지구조를 분석하기 위하여 한국해양연구원에서는 2003, 2004과 2005년에 이 해역에 대하여 중력 및 자력탐사를 수행하였다. 황해는 몇 개의 분지를 가지고 있으며 연구지역 또한 흑산분지와 동중국해분지 일부분을 포함하고 있다. 연구지역의 해저지형은 남서쪽 중국쪽으로부터 북동쪽 한국쪽으로 가면서 깊어지며 약 -40 m에서 약 -150 m까지의 수심 범위를 나타내고 전반적으로 완만한 기복과 경사를 보인다. 중력이상은 완만한 해저지형의 변화보다는 기반암의 영향을 받는 것으로 판단된다. 해상중력자료 및 인공위성 중력자료를 함께 사용한 중력이상은 연구지역의 북동쪽으로 높은 값을 보이며 흑산분지 남쪽으로 원형의 낮은 이상대가 나타난다. 부게이상의 아날니틱신호는 분지경계면 부근에서 고이상대들이 나타난다. 자기이상과 자기이상의 아날니틱신호에서는 화성암체 관입에 기인한 복잡한 이상들이 북쪽에 분포하고 남쪽은 완만한 변화를 보이는 것으로 보아 화성암체 관입이 연구지역 북쪽에 비해 많이 나타나지 않은 것으로 판단된다. 연구지역의 부게중력이상과 자기이상의 파워스펙트럼 분석은 모호면의 깊이를 약 30.2-28.3 km로 보여주며, 기반암은 약 8.4-8 km이며, 제 3기 에오세의 부정합면은 약 1.5-1.7 km 정도 인 것으로 나타난다. 부게중력이상의 역산에 의한 모호면의 깊이는 연구지역의 서쪽인 중국쪽이 동쪽인 한국쪽에 비해 약간 깊게 나타난다. 2차원 중력모델링에서 지각구조들의 깊이 및 화성암 관입체의 위치 등 결과가 아날니틱신호 분석, 파워스펙트럼 분석 및 역산의 결과와 잘 부합된다.

• 한국광학회지
• /
• 제14권1호
• /
• pp.23-32
• /
• 2003

타원법(ellipsometry)을 사용하여 광기록 매체용 Ge$_2$ Sb$_2$ Te$^{5}$ (GST) 박막의 성장과정에 따른 타원상수 Ψ와 $\Delta$를 측정하여. GST 박막의 최적성장조건을 연구하였다. 아르곤기체압력과 DC 출력 그리고 기판의 온도를 변화시키면서 GST 박막을 성장시켰다. 제작된 시료들의 분광타원 데이터를 모델링 분석하여 GST박막의 밀도분포를 구하고 한편으로는 GST 박막이 성장하는 동안 측정한 in situ 타원 성장곡선을 분석하여 박막의 밀도분포의 변화를 추적하였다. 아르곤기체압력이 7 mTorr일 때 박막의 상대적인 밀도분포가 고르게 되었고 DC출력이 증가함에 따라 그리고 기판의 온도가 증가함에 따라 GST 박막의 밀도 균일성은 크게 향상되었다. 주사형전자현미경(SEM)을 사용하여 최적 밀도 균일성을 가지는 성장조건(7 mTorr, 45 W, 15$0^{\circ}C$)에서 제작된 GST 시료가 가장 균일한 구조를 보여줌을 확인하였다. 균일한 밀도 분포를 가지는 GST 박막의 성장조건 확립을 통하여 여러번 기록/재생할 때 광기록 박막의 안정성을 유지하는데 크게 기여할 것이다.

• 한국농림기상학회지
• /
• 제12권4호
• /
• pp.241-263
• /
• 2010

KoFlux는 한국의 주요 육상생태계와 대기간의 에너지, 물, 이산화탄소의 순환을 감시하기 위해 구축한 에디 공분산 기술을 기반으로 하는 미기상학 플럭스 타워 관측지의 국내 관측망이다. KoFlux의 사명은 AsiaFlux와 동일하게 지구상의 생명의 질과 지속가능성을 보장하기 위해 아시아의 주요 생태계를 감시하고 돌보는 것이다. 구체적인 KoFlux의 목적은 (1) 생태계를 감시하고, 자료를 수집, 저장하고 배포를 가능하게 하는 하부구조와 (2) 이에 관련된 지식과 자료를 효과적으로 적용하고 배포하기 위해 정기적으로 포럼과 단기 훈련과정을 과학공동체에 제공하는 것이다. KoFlux는 아시아의 주요 육상생태계의 탄소/물/에너지 교환에 관한 생태계과학 정보와 지식을 창출하고, 과학적 연구와 적용에 있어서 다학문간 협력과 융합을 촉진하고, 지속적인 생태계 서비스를 지역사회에 제공함으로써 AsiaFlux의 비전인 "사고하는 공동체, 배움의 프런티어"를 추구하며 실천해 나간다. 현재 KoFlux 네트워크는 총 일곱 개의 관측지로 구성되어 있는데 국내의 경우 활엽수림, 침엽수림, 혼효림, 논과 비균질 농경지를 포함하며, 국외의 경우 남극과 북극의 툰드라 생태계에 위치해 있다. 등재된 관측지는 모두 표준화된 프로토콜을 사용하여 자료를 체계적으로 처리하고 있으며 자유롭게 자료 활용이 가능하도록 품질 검증된 플럭스 자료의 데이터베이스를 지속적으로 구축해 가고 있다. KoFlux는 정기적인 학술 논문 출판, 포럼 및 훈련과정을 통해, 네트워크를 성장시키고, 플럭스 관측 및 모델링 전문가간의 연결 및 정보교환을 위한 아고라를 제공하며, 관측 및 자료 분석을 위한 전문인력 양성을 위한 교육에 힘쓰고 있다. 그러나 이러한 지속적인 노력에도 불구하고 KoFlux에 등재된 산학연기관을 제외하고는 아직까지 네트워크의 성장이 제한되어 있는 실정이다. 이러한 학문간의 벽을 허물고, 네트워크에 대한 동반자 및 주인 의식을 고취시키기 위해 KoFlux는 2011년부터 서울대학교에 설립된 국가농림기상센터를 중심으로 NCAM의 주요 서비스를 담당하게 될 것이다. 이러한 일치된 협력은 현재의 감시 네트워크를 더욱 보강시키고, 차세대 과학자들을 길러내며, 우리 사회에 지속가능한 생태계 서비스의 제공을 보장할 수 있도록 이끌어 줄 것이다.

• 지질공학
• /
• 제26권2호
• /
• pp.277-290
• /
• 2016

심부지질조사에는 많은 경비와 시간이 필요해 심부지질을 해석하는데 많은 어려움이 있다. 그러나 지열모델링과 같이 많은 경비를 투자할 수는 없지만 심부의 지질정보가 필요한 경우 제한적이지만 천부의 지질정보를 이용하여 심부의 지질을 해석하고 추정할 수 있다. 이번 연구에서는 이러한 제한된 심부자료를 가진 지역에서 천부지질자료를 활용하여 어떻게 심부의 지질에 대한 정보를 추정할 수 있는지를 보여주고자 하였다. 이번 연구의 목적은 한반도 남동부를 관통하는 양산단층이 이 지역의 지열분포에 어떠한 영향을 주고 있는지를 연구하기 위하여 심부지질단면도를 획득하기 위한 것이다. 따라서 양산단층과 주변 단층들의 특징을 가장 잘 반영할 것으로 판단되는 울주군 상북면과 웅촌면 지역에서 양산단층을 가로지르는 NW-SE 방향으로 단면을 설정하였다. 이 심부 지질단면을 작성하기 위하여 먼저 기존 지질도를 검토하여 발달하는 암상의 분포와 주요 지질구조를 확인하였으며, 야외조사자료를 기반으로 도학적인 분석을 실시하여 지층의 심부연장성을 추정하였고, 지표에서 노출된 단층 등의 발달규모 및 자세를 통해 심부로의 연장가능성을 추정하였다. 또한 비록 천부자료이긴 하지만 기존 물리검층자료와 시추자료를 종합하여 한반도 남동부 양산단층대의 심부단면도를 작성하였다. 양산단층 주변의 암상에 대한 야외지질조사 결과 양산단층의 서쪽지괴에는 화강암이 주를 이루며, 양산단층의 동쪽지괴는 퇴적암류와 이를 관입한 화성암류가 주로 발달하고 있다. 지표상 드러난 양산단층의 연장성을 통해 규모를 추정해 볼 때 지하로 수 km 이상 발달할 것으로 추정되며, 물리검층자료를 분석한 결과 양산단층과 인접한 퇴적암류는 그 깊이가 얇고, 동쪽으로 갈수록 두꺼워지는 양상을 보인다. 이러한 자료를 종합 해석하여 모식적인 지질단면을 제작하였다. 비록 지질학적 개념에 기초하여 가능한 정보를 수집하였지만 이러한 천부자료에 기초한 심부단면도의 작성은 신뢰성이 매우 제한적이라는 것을 고려하는 것이 필요하다. 또한 이번 연구에서는 시추코어의 단열분석을 통해 단층의 존재를 인식할 수 있는 새로운 방법을 제시하였다. 이는 앞으로 시추자료 분석을 통해 단층의 존재와 규모를 판단하는데 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제28권5호
• /
• pp.463-471
• /
• 2006

본 연구에서는 충남 천안시와 강원도 원주시에 위치한 불량매립지 일대에 대해 지구물리 탐사 중 전기비저항 탐사를 실시하였으며, 수집된 자료를 이용하여 2차원과 3차원 비저항 역산 모델링을 수행하여 매립지 주변 지질구조와 침출수 오염영역, 침출수 유동을 평가하였다. 천안 직산매립지는 매립지가 논 상부에 위치하고 있으며 매립지로부터 침출수로 인한 농지 오염의 가능성이 있어 물리탐사 측선 배열을 매립지를 기준으로 서로 교차하는 측선배열을 수행하였다. 원주 매립지의 경우 매립지와 주변 논밭의 경계가 매립지 옹벽으로 나뉘며, 매립지 경계로부터 침출수 침전시설이 위치하고 있으나 현재는 방치된 상태로 침출수 누출로 인한 농지 오염의 가능성이 있다. 이에 총 4개 측선에 대해 3개 측선은 매립지 경계로부터 일정거리를 두고 평행하게 배열을 하였으며, 나머지 한 개 측선은 이 3개 측선을 교차하도록 배열하였다. 2차원 비저항 역산모델을 수행한 결과 천안매립지의 경우 침출수가 외부 논으로 확대되지 않고 매립지 내부에 정체된 형태로 존재하는 것으로 평가되었다. 이는 지하수 관측정 정기 수질분석시 측정된 지하수의 전기전도도 값의 분포에서도 확인할 수 있다. 원주 매립지의 경우는 매립지로부터 유래된 침출수가 매립지 경계 부근 폐기된 침출수 처리시설 밑으로 흐르는 것으로 평가되었고, 매립지 주변 기존 저수지였던 곳에서는 매립지 주변에 위치한 계곡의 영향으로 계곡에서 흘러드는 지하수에 의한 흐름과 과거 저수지의 영향으로 지표 근처에서 낮은 비저항대를 형성하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 저수지 제방에서는 하부 $7{\sim}8m$ 심도에서 지하수가 논으로 유입되는 것으로 추정되었다. 이하의 반응온도 기준으로 약 $10{\sim}80%$ 이상이었다. 따라서, CVOCs 제거반응을 위하여 널리 사용되고 있는 단일 $CrO_x/Al_2O_3$ 촉매보다는 $CrO_x$의 사용량을 최소화하면서도 우수한 반응활성을 얻을 수 있는 $CrO_x/TiO_2$-based복합 산화물 촉매가 보다 바람직하며 하나의 대안적인 촉매 디자인 방법으로 응용될 수 있을 것으로 생각된다.EX>을 효과적으로 처리할 수 있었다.문에, 이 연구에서 개발된 수치모델은 퇴적물에서 일어나는 미량 오염 물질의 거동을 파악하기 위해 유용하게 사용되어질 수 있을 것으로 사료된다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제32권2호
• /
• pp.165-174
• /
• 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.