• 한국지구과학회지
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• 제41권2호
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• pp.111-128
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• 2020

본 연구에서는 복잡한 도심의 구조로 인한 미세먼지 농도의 강화 가능성에 대하여 데이터 마이닝 기술과 군집분석을 이용해 조사하였다. 데이터 마이닝 분석에서 미세먼지 농도와 서울지역 도시용도 데이터 사이에는 유의한 상관관계를 보이지 않았다. 그러나 전국 공공데이터를 기반으로 한 군집분석에서는 건물의 높이(층수)에서 특히 PM₁₀과 강한 상관관계가 나타났다. 단일 케노피 모델(Single Canopy Model) 및 미기상 도시모델링 프로그램(ENVI-Met.4)을 사용한 모델링 분석을 실시하여 도시지역에서 모사된 대기 대류가 건물 분포 및 높이 유형의 배열에 따라 다양한 난류의 패턴을 구현함을 확인하였다. 도시 건물의 복잡한 구조는 대류활동을 제어하여 정체상태를 유도하고 지표 부근의 미세먼지 강화가능성을 초래 하였다. 따라서 도심 구조와 형태에 따른 열환경의 변화로 인한 정체 효과는 미세먼지 산정에 있어서 반드시 고려되어야 한다. 복잡한 도시지역의 미세먼지 잔류확률에 대한 정보를 제공하기 위해서는 대기정체 현상이 중요한 의미로 해석될 수 있다.

• 한국광학회지
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• 제33권4호
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• pp.167-176
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• 2022

적응 광학(adaptive optics, AO)은 대기 외란을 실시간으로 보정하는 기술을 말하고, 이러한 적응광학의 효율적 개발을 위하여, 다양한 성능 예측 기법을 도입하여 적응광학이 적용된 시스템 성능 예측을 실시한다. 적응광학의 성능 예측 기법으로 자주 사용되는 기법으로는 통계분석, 전산모사 및 광학 벤치 테스트가 있다. 통계분석에서는 적응광학 시스템을 통계 분석 모델로 가정하여 오차값(분산)의 제곱을 전부 합쳐 스트렐비를 간단하게 추정한다. 다만, 하위 변수 간의 상관 관계는 무시되어 이에 따른 추정의 오류는 존재한다. 다음으로, 전산모사는 대기 난류, 파면센서, 변형거울, 폐쇄 루프 등 모든 구성요소를 가능한 한 실제와 가깝게 모델링하고, 시간 흐름에 따른 적응광학 시스템의 변화를 모두 구현하여 성능 예측을 수행한다. 다만, 전산모사 모델과 현실 사이에는 여전히 일부 차이가 있어, 광학 벤치 테스트를 통하여 시스템 성능을 확인한다. 최근 국내에서 개발된 변형 거울을 적용한 1.6 m 지상 망원경용 적응광학 시스템을 개발 중에 있어, 이에 적용 가능한 적응광학 시스템을 통하여 성능 예측 기법이 요구되며 동시에 성능 예측 기법의 비교를 진행하고자 한다. 앞서 언급된 통계분석 및 전산모사를 이용하여 시스템 성능 예측을 수행하였으며, 성능 예측의 분석을 위해 각각의 성능 예측 기법의 망원경 및 적응광학 시스템 모델링 과정 및 결과를 제시하였다. 이때 성능 예측을 위한 대기 조건으로는 보현산 관측 중앙값(median)을 적용하였다. 그 결과 통계 분석 방법의 경우 평균 스트렐 비가 0.31이 도출됨을 확인하였고, 전산모사 방법의 경우 평균 스트렐 비가 0.32를 가짐을 확인함으로써 두 방법에 의한 예측이 거의 유사함을 확인할 수 있었다. 추가적으로, 전산모사의 경우 해석 결과의 신뢰성을 확보하기 위하여, 모사 시간이 대기 임계 시간 상수의 약 240배인 0.9초 이상 수행되어야 함을 알 수 있었다.

• 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.

• 한국해안해양공학회지
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• 제18권3호
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• pp.189-197
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• 2006

수치해석을 통하여 이어도 종합해양과학기지 구조물이 대기 유동에 미치는 영향을 분석하였고, 이 결과를 바탕으로 과학기지에 설치된 풍속센서에서의 측정값 오차를 평가하는 연구를 수행하였다. 과학기지 형상을 3차원으로 모델링하였고 수치해석을 위한 격자를 생성하여, Navier-Stokes 방정식 및 난류모델을 적용하여 수치해석을 수행하였다. 선정된 자유류의 풍속과 풍향 조건에 대하여 과학기지 구조물에 의해 변화된 유동장을 계산하고, 실제 풍속센서가 설치된 위치에서의 풍속/풍향 정보와 자유류를 비교하였다. 이를 통하여 자유류 방향 및 측정 위치에 따른 데이터의 정확도와 신뢰할 수 있는 데이터 범위를 알아보았다. 본 연구 결과로 관측된 해상풍 데이터의 구조물 간섭에 의한 오차 범위를 정량적으로 파악할 수 있었으며, 과학기지가 위치한 지점의 정확한 해상풍 데이터 제공을 위한 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권3호
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• pp.673-680
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• 2017

흡수정은 댐이나 저수지에 저장된 물을 흡입하여 사용하는 설비이다. 흡입한 다량의 물은 화력 및 원자력 등의 대형 발전소의 냉각시스템에 사용된다. 특징으로 흡입 유량과 흡수정의 비가 작으면 흡입구 주변에서 유속이 증가한다. 이로 인해 와류나 선회류의 불균형 유동이 발생된다. 불균형 유동은 흡수정의 성능을 저하나 고장의 원인이 된다. 해결하기 위한 다양한 방법이 고안되고 있으나 최저수위 일 경우 정확한 해결 방법을 찾지 못하고 있다. 가장 효율적인 해결방법으로는 AVD를 설치하거나 관로를 길게하는 방법이 있다. 이렇게 설치된 구조물이 유동의 흐름을 균일하게 만들어 주기 때문이다. 본 논문에서는 관로의 길이와 AVD의 형태 변화에 따른 흡수정 내의 유동특성을 수치해석으로 분석한다. 수치해석을 위하여 수정의 흡입부, 섬프, 펌프의 3단계로 분리하여 모델링하였다. 격자는 해석의 정확도를 위해 흡입부는 비조밀, 흡수정과 AVD는 조밀하게 하였다. ANSYS ICEM-CFD 14.5를 이용하여 120~150만개의 격자를 생성하였고 Tetra grid와 Prism grid를 혼용하였다. 해석을 위해 상용 CFD 프로그램인 ANSYS CFX14.5의 SST 난류모델을 선정하였다. 조건으로 H.W.L 6.0m, L.W.L 3.5, Qmax 4.000 kg/s, Qavg 3.500 kg/s Qmin 2.500 kg/s로 설정하였다. 보텍스 각도와 속도분포로 해석한 결과는 다음과 같다. Ext E-type의 AVD를 설치한 흡수정이 최고수위 일때 합격하였다. 추후, Ext E-type을 기본으로 하여 최저수위일 때 만족하는 연구가 필요하다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권10호
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• pp.833-843
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• 2020

생태수리학은 수생생태학을 한 축으로, 지형학, 수문학, 유체동력학 등을 또 다른 한 축으로 1990년대 초 탄생한 다학제간 연구분야이다. 생태수리학을 흐름, 유사이송, 지형, 동식물, 수리구조물 등 5가지 주요인자 간 상호 관계나 작용을 기준으로 구분하면 서식처수리( 환경유량 포함), 식생수리, 생태통로수리, 부영양화수리, 생태복원수리의 5개로 나눌 수 있다. 지난 20여 년간 관련 국제논문집에 게재된 생태수리학 관련연구는 물고기반응, 수리모델링, 물리서식처반응 분야에 치우쳤으며, 이는 아직 진정한 학제 간 상호반응적 연구단계로 진입하지 못했음을 의미한다. 한편 1997년 이후 한국수자원학회 논문집에 게재된 생태수리학 관련논문 수는 전체의 3% 수준에 불과하며, 생태수리학과 더 밀접한 응용생태공학회 논문집에 게재된 논문 수도 20% 수준에 머물렀다. 이 두 논문집에 게재된 논문들은 주로 서식처수리, 식생수리, 생태복원수리 분야이었으며, 난류모의를 포함한 동적 흐름모의, 동물유영모의, 부영양화수리 분야는 사실상 없는 것으로 나타났다. 국내의 하천특성 및 생태수리학의 사회적 수요를 고려하여 앞으로 연구개발이 시급한 분야는 1) 국내하천 여건에 맞는 환경유량의 평가기법, 2) 화이트리버의 그린리버 변화현상을 평가할 수 있는 동적 홍수터식생모형(DFVM)의 개발, 3) 정수역 및 유수역에서 수리조건 중심으로 조류생성을 평가할 수 있는 모형개발, 4) 하천지형복원이나 소형 보/댐의 가동정지(decommissioning) 및 철거에 따른 물리/화학/생물적 영향을 평가할 수 있는 모형개발 등이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권3호
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• pp.271-277
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• 2014

원자로 노심 입구에 위치한 내부 구조물들은 형상 및 노심 입구까지의 상대적 거리에 따라 노심 입구 유량분포에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 원자로 내부 구조물 형상 처리 방법이 축소 APR+ 유동분포 예측 정확도에 미치는 영향을 조사하기 위해 상용 전산유체역학 소프트웨어인 ANSYS CFX R.14를 사용하여 원자로 내부 구조물들의 실제 형상을 고려한 계산을 수행하였고 다공성 매질 가정을 적용한 계산 결과와 비교하였다. 결론적으로 노심 입구 상류에 위치한 원자로 내부 구조물의 실제 형상을 고려함으로써 노심 입구 유량 분포를 더 정확하게 예측할 수 있었다. 따라서 충분한 계산 자원이 확보된 조건인 경우라면 정확한 노심 입구 유량분포를 계산하기 위해 노심 입구 상류에 위치한 원자로 내부 구조물들(예: 하부지지구조물 바닥판 및 노내 계측기 노즐 지지판)의 실제 형상을 고려해서 계산하는 것이 필요하다.

• 한국광학회지
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• 제31권6호
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• pp.274-280
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• 2020

본 논문에서는 결맞음 빔결합 방식을 이용한 원거리 광학 에너지 전달 방법에 있어서 대기 외란의 영향을 위상판 모델을 사용하여 수치해석하고 분석한다. 결맞음 빔결합 방식은 3채널로 구성하고, 전송 거리는 1~2 km, 각 채널별 위상 및 조사 방향은 적절한 방식으로 보정된 것으로 가정하며, 각 채널 빔들이 자유공간을 진행할 때 발생하는 대기 외란 영향은 위상판 모델로 정량화한다. 위상판은 구조상수 Cn2 값의 변동 범위 10-15에서 10-13 [m-2/3] 내에서 통계적으로 생성하여 구성한다. 특별히, 본 논의에서는 대기 요동의 강도가 최종 빔결합 효율에 미치는 영향을 분석하기 위해 위상판 모델의 구조 상수를 변화시켜가며 해당 목표 지점에서 3채널 결맞음 빔결합 방식을 통해 전송된 빔의 결합 형태, 왜곡 정도 및 빔결합 효율을 계산한다. 본 수치 모델을 통해 분석한 결과, 상기 주어진 대기 요동 조건하에서도 원거리 광학 에너지 전송에 결맞음 빔결합 방식을 사용할 경우, 수신부 유효 도달 전력을 비결맞음 빔결합 방식 대비 최소 3배 이상 확보할 수 있음을 확인할 수 있다. 본 수치 모델은, 원거리 광학 에너지 전송을 전산모사함에 있어서 다양한 형태의 대기 외란의 영향 및 빔결합 방식을 분석하는데 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권11호
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• pp.943-953
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• 2021

호수, 저수지, 만 등의 사면에서 발생하는 산사태 및 토석류에 의해 유발되는 수면충격파의 전파는 복잡한 지형 조건에서 토석류와 물 흐름이 상호작용하는 3차원 자연현상이다. 이 연구에서는 3차원 다상 난류 흐름 해석을 위한 수치모형과 비뉴튼 유체인 토석류에 대한 유변학적 모형을 적용하여 만의 사면에서 발생한 산사태로 인한 수면충격파의 거동을 수치모의하였다. 수치해석 결과를 타 연구자의 수리실험 자료와 비교 분석하여 3차원 수치모형의 적용성을 평가하였다. 수면으로 유입되는 토석류의 선단부 두께와 유속이 적절히 모의 된다면, 수면충격파의 정점부가 솟구치는 높이와 수면형은 매우 우수한 정확도로 예측이 가능한 것으로 나타났다. 토석류의 초기 형상을 다르게 설정한 두 가지 수치해석 결과는 연직상향으로 솟구친 수면충격파가 최고점에 도달한 후 중력에 의해 하강하면서 감쇄되는 단계에서부터 상이해지는 것으로 나타났다. 토석류 초기 두께를 상대적으로 크게 설정한 수치모의 결과는 만을 가로지르는 수면형과 함께 반대편 사면에서의 쳐오름 현상까지 양호하게 실험자료를 재현할 수 있는 것으로 나타났다. 반대편 사면에 도달한 수면충격파가 사면을 거슬러 흐르는 최고 쳐오름 높이는 토석류 총량이 같은 경우 수면으로 유입되는 토석류의 초기 두께에 민감하지 않은 것으로 나타났다. 한편, 수로 바닥을 따라 전파되는 토석류의 전파 특성을 더 정확하게 재현하기 위해서는 실험에서 점토 성분이 없는 입자만을 이용하여 재현한 토석류 물질 특성에 맞는 유변학적 모형을 적용할 필요가 있다고 판단된다.