• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2019년도 전력전자학술대회
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• pp.233-235
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• 2019

에너지 하베스팅은 주변의 에너지를 수확하여 활용하는 기술로 이에 관련한 연구가 여러 분야에서 활발히 진행되고 있다. 마찰전기 나노발전기는 물리적인 움직임이나 마찰을 통해 발생되는 정전기를 이용하여 센서나 웨어러블 디바이스에 활용하는 에너지 하베스팅 기술 중 하나이다. 마찰전기 나노발전기는 ${\mu}W$(마이크로와트) 단위의 미소 전력을 생산함에도 불구하고, 다른 에너지 하베스팅 발전기들과 비교하여 큰 임피던스를 가지고 있어서 전력을 전달하기에 어려움이 있다. 또한 마찰전기 나노 발전기의 출력 전력은 Spike성 Pulse Train의 형태여서 다이오드 정류기가 필요하기 때문에, 정류기의 입력 임피던스와 마찰전기 나노 발전기의 출력 임피던스에 대한 분석을 이용한 임피던스 매칭 설계가 필요하다. 본 연구에서는 다이오드 정류기의 임피던스 모델을 유도하여 마찰전기 나노 발전기의 내부 임피던스와의 매칭을 통해 최대 전력을 전달하는 커패시터와 출력 부하 설계를 목표로 한다. 유도한 임피던스 모델에 대하여 실제 전력 실험을 통해 모델의 유효성과 정확성을 검증하고자 한다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권6호
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• pp.60-65
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• 2021

본 논문에서는 추진기관에 충전된 추진제의 알루미늄의 조성 불균일에 따른 추진제의 점화 가능성을 확인하고자 하였다. 추진제 내부의 알루미늄의 불균일한 분포를 모사하기 위해 알루미늄 함량을 14~20%까지 임의로 변경하여 충격감도, 마찰감도 시험을 수행하였다. 충격감도를 측정한 결과 50% 기폭 에너지 및 최소 기폭 에너지는 알루미늄 함량과 무관하게 50 J 부근의 값을 가진다. 이는 알루미늄 함량이 증가하여도 충격 자극에 추진제가 민감해지지 않는다는 것을 의미한다. 반면에 마찰감도 결과에서는 알루미늄 함량이 증가할수록 50% 기폭힘과 최소 기폭힘이 감소하여 추진제가 민감해지는 것을 알 수 있었다. 이는 추진제 발화 시의 "Hot Spot" 모델에 따라 충격 자극보다 마찰 자극에 의해 추진제 내부의 공간이 순간적으로 압축이 되어 발화가 되는 것으로 추정된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권6호
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• pp.409-415
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• 2016

본 연구에서는 유량 $70.7m^3/min$, 양정 87m의 양흡입 원심펌프의 수력 손실 절감을 위해 표면 마찰거칠기를 변화시킨 실험을 수행하였다. 초기 표면 거칠기를 $100{\sim}110{\mu}m$에서 $0{\sim}0.08{\mu}m$로 변경한 후 표면 거칠기 변화가 전체 펌프의 효율 증가 및 펌프 운전시 소요되는 전력 원단위 변화 측정을 수행하였다. 표면 마찰 거칠기 개선 부위는 물과 접하는 펌프 내부 임펠러와 케이싱 표면으로 하였고 코팅 방식을 적용하였다. 그 결과 펌프 효율은 약 0.8~1.79% 증가하였으며, 전력원단위는 4.38 ~ 6.04% 절감 효과를 가져 왔다. 이와 같은 결과는 임펠러 및 내부 케이싱의 표면 거칠기가 펌프의 성능에 작지 않은 영향을 미칠 뿐만 아니라 표면 거칠기 개선을 통해 마찰에 의한 수력 손실을 줄여서 펌프 성능 향상과 상당한 에너지의 절감 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.122-122
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• 2018

1. 배경 최근 IoT 기술이 발전함에 따라 각종 전자기기에 들어가는 센서들이 점점 늘어나고 있다. 특히 사용자 중심의 기기들은 기술이 발전함에 따라 집적화가 이루어지면서, 하나의 기기에서 온도, 습도, 조도 등의 다양한 정보를 처리하고 있다. 이에 따라 더 많은 기능을 사용하기 위해, 소모 전력 또한 점차 증가하고 있다. 그러나 부피는 한정되어 있어, 기존 배터리만으로는 증가하는 소모 전력을 모두 보완하기 어렵다. 또한 대표적인 사용자 중심 기기인 스마트폰에서는, 가장 많은 전력을 소모하는 부분이 점점 커지고 있다. 이에 대한 대책으로 버려지는 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 바꿔주는 에너지 하베스팅 기술이 각광을 받고 있다. 에너지 하베스팅 기술은 바람, 진동, 인체의 움직임 등의 기계적 에너지, 태양광, 실내등의 빛 에너지를 전기적인 에너지로 바꿔주는 기술을 말한다. 본 연구에서는 강유전체 고분자 내부에 양자점이 임베딩된 박막을 이용하여, 스마트폰에서 발생하는 빛 에너지와 손가락으로 디스플레이를 터치할 때 발생하는 기계적인 에너지를 모두 수확할 수 있는 새로운 소자를 제시하였다. 소자 내부에 있는 양자점은 빛 에너지를 산란 혹은 흡수하여 발광한 후, 고분자 내부의 전반사를 통해 양 옆에 있는 태양전지로 빛을 전달한다. 또한 컴포짓의 매트릭스를 이루고 있는 강유전체 폴리머인 P(VDF-TrFE)는 강유전 특성을 통해 마찰전기 에너지를 효율적으로 전기 에너지로 전환할 수 있다. 강유전체 특성에 의해 P(VDF-TrFE) 내부에 정렬된 Polarization은 퀀텀닷에 양자구속 스타크 효과(Quantum Confined Stark Effect)를 일으켜 더 긴 파장을 방출한다. 이렇게 바뀐 파장은 실리콘 태양전지에서 더 많이 흡수할 수 있는 영역으로 방출되어 태양전지 출력의 증가를 일으킨다. 마지막으로 실리콘 태양전지의 출력 증가를 보여줌으로써 이를 실험적으로 입증했다.

• KSBB Journal
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• 제4권3호
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• pp.215-220
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• 1989

불용성 기질인 섬유소의 고효율 효소당화에 적합한 저에너지 소모형 분쇄마찰매체 함유 효소반응기의 개발을 목표로 수평형 회전축에 부착된 paddle에 의해 반응조 내부의 섬유소-분쇄마찰매체-효소의 혼합액을 교반 마찰시키는 horizontal paddle type bioreactor를 제작하여 효용성과 당화조건을 검토하였다. 여러 실험조건하에서 당생성효율과 분쇄마찰매체의 교반시 소모되는 에너지를 다른 두 형태의 bioreactor와 비교 분석함으로서 공업적 활용을 위한 기술적, 경제적 타당성을 비교평가하였다. 표준당화조건은 3mm의 분쇄마찰매체를 500g / L로 첨가하여 200rpm에서 교반할 때였으며, 특히 HPTB는 고농도 기질의 당화에 적합한 bioreactor로 판단된다. 표준당화조건에서 분쇄마찰매체의 교반시 소모되는 동력은 1.7watch/g였으며, 고농도 기질을 이용할 경우 더욱 낮은 동력소모로 당을 생산할 수 있었다. 뿐만 아니라 scale up이 용이할 것으로 예상되는 등 섬유소의 고농도 당화에 적합한 고효율 분쇄마찰매체함유 효소반응기로 판단된다.

• 에너지공학
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• 제9권4호
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• pp.328-333
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• 2000

이 연구의 목적은 액정법을 이용하여 주름형상 판형 열 교환기에서의 내부유동과 열 전달 성능의 특성을 파악하는데 있으며 공기를 작동유체로 사용하였다. 과거에는 실험이 주로 판형 열 교환기의 입·출구에서의 열 전달 성능에만 관심이 집중되었다. 그러나 이 실험에서는 액정법을 이용하여 판형열교환기 셀 표면 위에서의 국소 누셀트수의 분포를 연구하였다. 레이놀즈수가 증가할수록 열 전달 성능은 증가하였으나 마찰계수는 감소하였다. 주름각이 증가할수록 열 전달 성능과 마찰계수는 모두 증가하였다. 국소 누셀트수 분포로부터 열 전달이 잘 일어나는 부분은 주름을 타고 넘어 들어온 두 유동이 만나는 곳이며 또한, 셀의 가운데 부분은 셀의 수직단면적이 커서 셀 표면과 유동의 접촉이 약하므로 작은 누셀트수를 가지는 것을 알 수 있다.

• 천문학회보
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• 제37권2호
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• pp.193.2-193.2
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• 2012

달착륙선 등과 같은 특수 목적을 위해 제작된 우주용 착륙선에는 착륙 시 전달되는 충격하중이 탑재장비로 전달되지 못하도록 연착륙(soft-landing)을 위한 충격흡수 메커니즘이 구현되어 있어야 한다. 일반적으로 자동차 및 항공기에서는 실린더와 피스톤으로 구성된 유공압식 완충장치를 주로 사용하여, 피스톤 압축으로 실린더 내부 오일 또는 압축공기가 오리피스를 통하여 분출됨에 따라 유체마찰 에너지를 활용한 충격 흡수장치가 일반적이다. 그러나 이와 같은 지상 장비용 유공압식 충격흡수 메커니즘은 진공 및 무중력 우주 환경하에서 오리피스 기능 상실, 유압유 기화 현상 및 극저온/고온 환경에서의 성능저하 등의 문제점으로 인하여 우주용 착륙선 충격완충장치로 적용이 불가능하다. 따라서 기존의 우주용 착륙선의 대부분은 충격에너지를 기계적인 좌굴 소성 변형에너지로 변환하여 충격을 흡수할 수 있도록 알루미늄 허니콤을 주로 많이 사용하여 왔다. 본 연구에서는 진공 및 무중력 우주환경에서 착륙선 충격완충 장치로 적용이 가능하도록 실리콘 포옴과 스프링을 조합하여 구성하였으며, 충격완충 매체로 유압유 및 공압을 대체할 수 있도록 실리콘 포옴을 후방 사출 성형 방식으로 적용하여 오리피스를 통과한 실리콘 포옴의 변형에너지로 충격에너지를 흡수하게 함으로서 착륙 완충효율을 극대화 할 수 있도록 검토하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권8호
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• pp.905-910
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• 2013

열교환기의 나선형 튜브에 난류모형을 적용하여 유동해석을 수행하였다. 난류모형은 Spalart-Allmaras과 k-${\varepsilon}$이고 시뮬레이션에는 정렬격자를 적용하였다. 레이놀즈 수 영향을 규명하기 위하여 Navier-Stokes 방정식을 풀어 속도벡터, 압력, 잔차, 마찰계수를 재연하였다. 나선형튜브는 원심력을 증가하여 튜브의 바깥부분에 벽전단 응력을 크게 하였다. 열전도율과 마찰저항의 증가는 곡률에 기인하며 튜브의 내부방향으로는 벽 전단응력이 감소했다. 원심력은 유체의 에너지를 증가시켜서 바깥쪽으로 열전도율을 증가시켰고 이는 내부유동의 압력강하 및 관마찰계수가 상호 밀접한 관계가 있음을 규명하여 주었다. 본 수치결과는 검증을 위하여 타 계산에서 얻어진 마찰계수 결과와 비교하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권11호
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• pp.23-36
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• 2021

본 논문에서는 실내시험 시 재하속도가 미고결 모래의 내부 마찰각 그리고 고결모래의 일축압축강도에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 건조상태의 주문진모래를 상대밀도 40%로 느슨하거나, 60%로 중간 정도 및 80%로 조밀한 상태로 제작한 다음 0.32, 0.64, 2.54mm/min의 재하속도로 직접전단시험을 실시하였다. 또한, 주문진모래에 시멘트 8% 및 12%로 다짐한 직경 50mm, 높이 100mm의 고결 공시체를 일축압축시험 시 0.1, 0.5, 1, 5, 10%/min의 재하속도로 압축하였다. 모래의 고결 여부나 정도에 관계없이 재하속도가 증가할수록 내부 마찰각과 일축압축강도는 증가하는 경향을 보였다. 미고결 모래의 경우 재하속도가 증가할수록 최대 4° 까지 내부 마찰각이 증가하였다. 고결 모래의 경우도 일반적으로 재하속도에 따라 일축압축강도가 증가하였으나, 표준 재하속도인 1%/min를 기준으로 증가하는 경향이 감소하였다. 또한, 개별요소법을 이용하여 고결 모래의 재하속도에 따른 균열 발생 및 발달 과정을 분석하였으며, 해석결과 또한 재하속도가 증가함에 따라 강도가 증가하는 경향을 보였으며 강도가 증가할수록 균열이 뚜렷하게 발달하였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.42-42
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• 2009

마찰교반접합 (Friction Stir Welding)은 1991년 영국 TWI에서 개발된 접합 법으로서 회전하는 툴이 재료내부에 삽입되면 툴과 재료사이에서 발생하는 마찰열에 의하여 온도가 상승하게 되어 재료는 연화되고, 이러한 재료 내부에서 회전하는 툴이 이동하게 되면 재료 내부는 기계적 교반에 의해 소성변형이 일어남과 동시에 접합이 이루어진다. 마찰교반접합은 동적 재결정에 의한 접합부의 미세한 결정립 형성으로 인하여 기계적 특성이 향상되며 보호 가스가 필요 없어 친환경적임과 동시에 용융 용접 법에 비해 접합 시 에너지 소모가 적으며 또한 접합 후 접합부에서의 변형이 상대적으로 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 가진 마찰교반접합은 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 그리고 동 합금과 같은 저 융점 비철재료에 많은 연구와 적용 사례들이 있어왔다. 하지만 최근에는 일반 탄소강, 연강, 오스테나이트계 스테인리스강, 니켈 합금, 티타늄 합금과 같은 고융점 재료에도 연구 및 적용이 진행되고 있는 추세이다. 페라이트계 스테인리스강은 가격이 비싼 Ni을 함유하지 않아 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 강재의 가격은 낮으면서도 고온특성 및 내식성이 우수하여 건축용, 자동차 배기계용으로 널리 사용되고 있다. 하지만 이런 장점을 가진 페라이트계 스테인리스강을 기존의 용융 용접 법으로 접합 시 용접부 및 열영향부에서의 결정립의 조대화로 인한 인성 및 연성이 저하되며, 특히 예민화된 열영향부 입계 내에 Cr 탄화물이 석출되어 입계주변에 Cr 결핍 층을 형성되어 입계부식이 발생되는 문제점이 발생된다. 본 연구에서는 마찰교반접합을 이용하여 두께 3mm의 409 스테인리스강에 대해 맞대기 접합을 실시하였다. 접합 변수를 툴의 재료 (WC-12wt%Co, $Si_3N_4$)로 하여 접합을 실시하였고 접합 후 외관상태 점검, 광학 현미경과 주사 전자 현미경을 통하여 미세조직을 관찰하였으며 황산-황산동 부식 시험을 실시하여 접합부의 부식 특성을 평가하였다.