• 한국가시화정보학회지
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• 제21권1호
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• pp.110-118
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• 2023

Characterizing the extensional rheological properties of non-Newtonian fluids is crucial in many industrial processes, such as inkjet printing, injection molding, and fiber engineering. However, educational institutions and research laboratories with budget constraints have limited access to an expensive commercial extensional rheometer. In this study, we developed a custom-made extensional rheometer using a CO₂ laser cutting machine and 3D printer. Furthermore, we utilized a smartphone with a low-cost microscopic lens for achieving a high spatial resolution of images. The aqueous polyethylene-oxide (PEO) solutions and a Boger fluid were prepared to characterize their extensional properties. A transition from a visco-capillary to an elasto-capillary regime was observed clearly through the developed rheometer. The extensional relaxation time and viscosity of the aqueous PEO solutions with a zero-shear viscosity of over 300 mPa·s could be quantified in the elasto-capillary regime. The extensional properties of the solutions with relatively small zero shear viscosity could be calculated using a smartphone's slow-motion feature with increasing temporal resolution of the images.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2015년도 춘계학술대회
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• pp.11-12
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• 2015

두 선박이 정면에서 마주치며 선박간 상호 통항하거나 상대선을 추월할 경우 각 선박의 선체형상과 선속에 의한 유체력 상호작용에 따른 선박간 간섭력이 발생한다. 선박간 간섭력의 주요한 평가 요소인 횡력과 회두 모멘트의 측정을 통해 두 선박이 근접하였을 때의 위험도와 충돌을 예측할 수 있다. 선행된 간섭력에 관한 연구는 대부분 경험에 의하거나 이론적인 측면에서 관련 연구가 진행되어왔으며, 학계에서 통상적으로 널리 알려진 뉴턴의 연구(1960)에서는 깊은 수심에서 두 선박을 평행하게 항주시켰을 때 선박간 최대 흡인력은 두 선박이 정횡으로 나란하게 위치되는 지점에서 발생하고, 이때의 간섭력은 선속의 제곱에 비례한다고 추정하였다. 현대의 조선기술이 발전함에 따라 선박의 크기는 점점 대형화되고 선박의 운항 효율성 증진을 위한 다양한 선형이 개발되어 실선에 적용되고 있다. 이런 경향에 따라 과거에 비해 현대 선박 운항환경에서의 선박간 간섭은 선박의 크기 및 선형에 의한 영향이 클 것으로 판단된다. 본 연구에서는 선박의 종류별로 대표 선종을 선정하여 두 선박이 정면에서 마주치며 통과하는 운항조건에서의 선속 증가에 따른 선박 상호간 간섭력의 변화를 통상적으로 사용되는 선박조종시뮬레이터를 이용하여 실험 및 분석하여 상관관계를 도출하였다. 선박 유형에 따른 시뮬레이션 실험 결과 최대 횡력은 주로 선미 부근에서 발생하였고 최대 회두모멘트는 선수가 근접할 때 발생하였으며, 선속이 증가할수록 선박 상호간 근접거리가 좁혀졌고 선형별로 각기 다른 선속에서 선미 충돌이 발생하였다. 이 실험연구는 선형에 따른 선박 상호간 근접 시의 횡거리와 통과속력에 대한 기준 설정의 연구 근간을 마련하였고 선박간 교항시 안전운항을 위한 지침이 될 것으로 판단된다.

• 정보처리학회논문지A
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• 제14A권5호
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• pp.255-262
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• 2007

물리 기반의 헬리콥터 시뮬레이션은 항공학, 항공역학 등의 분야에서 많이 연구되어 오고 있으나, 복잡한 수식, 많은 계산량 등으로 인해 사실성과 속도를 동시에 추구하는 컴퓨터 그래픽스 분야에는 적용하기 어려웠다. 본 논문에서는 컴퓨터 그래픽스 분야에 적용할 수 있도록 구현하기 쉽고, 실시간 헬리콥터 시뮬레이션을 가능하게 하는 헬리콥터 회전 깃(rotor blades)의 역학적 모델을 제안한다. 헬리콥터는 회전 깃과 공기의 충돌로 발생한 힘을 통해 운동하는데, 이는 유체와 강체가 충돌해서 발생하는 충돌력으로 설명할 수 있다. 이를 근거로 근사화한 회전 깃의 역학적 모델을 도입하면, 기존의 강체 시뮬레이션 방법으로 유체와 강체가 충돌하는 헬리콥터의 움직임을 실시간 시뮬레이션 할 수 있다. 본 논문에서는 실시간 계산이 가능하도록 뉴턴의 양력 계산법을 응용하여 회전 깃의 움직임으로 발생하는 힘을 구한다. 본 논문이 제안하는 방법에 따라 구현된 프로토타입 시스템은 실제와 유사한 헬리콥터 시뮬레이션을 실시간에 처리할 수 있음을 보였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제22권2호
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• pp.240-245
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• 2016

본 연구에서는 해상용 경유의 희석량에 따른 선박용 윤활유의 점도 및 전단응력의 변화 등 유변학적 거동에 대한 연구를 하였다. 연료희석에 의한 윤활유의 점도감소는 피스톤링 및 라이너의 마모로 인한 엔진내구성을 저하키는 중요한 요소이다. 연구에 사용된 윤활유는 고유황 경유(황함유량 0.05 %)를 3 %, 6 %, 10 %, 15 %, 20 %로 희석하여 magnetic stirrer를 이용, 혼합하여 제조하였다. 측정온도는 $-10^{\circ}C{\sim}80^{\circ}C$ 범위로 설정하고, 점도 및 전단응력 변화는 회전점도계인 Brookfield Viscometer를 이용하여 측정하였다. 윤활유에 해상용 경유의 희석량이 증가할수록 점도 및 전단응력이 감소하며, 이것은 상대적으로 낮은 점도의 해상용 경유가 윤활유에 희석됨에 따라 윤활유의 점도 및 전단응력이 낮아지기 때문이다. 특히, 저온($0{\sim}-10^{\circ}C$)에서는 점도 및 전단응력이 급격이 낮아지다가, $40^{\circ}C$ 이상에서는 점도 및 전단응력 감소가 해상용 경유 희석량의 영향을 거의 받지 않는다. 온도가 높아짐에 따라, 윤활유의 점도 및 전단응력 감소는 윤활유의 뉴턴유체 거동을 보이는 것을 확인했다. 경유의 혼입에 의한 점도감소로 선박의 엔진마모를 촉진할 수 있으므로 엔진의 내구성 향상을 위해 윤활유의 주기적인 관리가 필요하다.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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• 제33권3호
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• pp.147-156
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• 2006

물리기반 시뮬레이션 모델링 기법은 기하학적 속성만을 사용하여 모델링한 다른 시뮬레이션과는 달리 뉴턴의 제2법칙과 같은 물리 법칙을 사용하여 현실세계를 시뮬레이션 한다. 본 논문에서는 현실 세계에서 일어나는 물수제비 현상의 물리적 운동 원리를 수식기반 해석을 통해 실세계와 같은 물리기반 시뮬레이션 시스템을 제안한다. 또한 본 논문에서는 물의 표면과 돌멩이의 상호작용을 표현하는데 있어서 물의 자연스러운 움직임 현상과 함께 돌멩이의 궤적을 계산하는데 중점을 두었다. 궤적은 돌멩이의 속도와 물의 항력에 의해 결정되고, 이러한 운동은 돌멩이가 물 표면에서 가라앉을 때까지 반복 계산된다. 본 논문에서 제안하는 자연스러운 물수제비 운동은 운동역학적 방법을 사용하여 실시간에 사실적으로 표현된다. 그리고 이러한 물수제비 운동을 PC 환경에서 대화형으로 재현하여 유사한 운동을 하는 3차원 모델들에도 적용할 수 있다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제32권1호
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• pp.75-81
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• 2003

전지활성 생대두미세분말(micronized full-fat soyflour, MFS)로부터 제조된 두유는 의가소성 의 비뉴턴성 유체로서, 고형분 증가와 응고제의 첨가 및 가열에 따라 점도가 증가하였다. MFS용액은 열처리에 따른 점도가 급격하게 증가되는 시점의 온도는 응고제의 첨가 및 단백질의 함량이 증가함에따라 낮아졌다 충진형 전두부제조에 적합한 응고제는 가열된 MFS용액에 응고제 첨가 후 MFS용액의 점도를 완만하게 변화시키는 GDL, MgSO$_4$가 적 합한 것으로 나타났으며 전두부용 응고제는 0.1% salt, 0.1% GDL, 0.2% MgSO$_4$ㆍ7$H_2O$로 조제되었다. 고형분과 물의 비율이 1 : 6.0인 MFS60용액을 121$^{\circ}C$에서 3분간 가열하여 응고제를 첨가하여 제조된 전두부는 견고성과 깨짐성이 양호한 조직감을 나타내었으며, 여기에 SPI를 첨가하여 총단백질이 7.1%인 MFSS60용액으로 제조된 전두부의 경도와 깨짐성(brittleness)은 각각 120 g, 176 g으로 조직감이 개선되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.456-461
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• 2017

본 연구에서는 이산화규소를 젤화제로 사용한 니트로메탄 젤 추진제의 유변학적 특성을 분석하였다. 니트로메탄 젤은 나노 또는 마이크로 입자 크기의 젤화제를 각각 5 wt%, 6.5 wt%, 8 wt% 함량으로 첨가하여 제작되였으며 점도 측정 실험은 회전형 점도계를 이용하여 측정을 수행하였다. 제작된 젤 추진제는 항복응력이 존재함을 확인하였고 측정 범위 전 구간에서 전단박화 거동을 보이며 나노 크기의 젤화제를 첨가한 젤 추진제의 경우 마이크로 크기 대비 낮은 전단속도(1 ~ 100 1/s) 영역에서 높은 점도를 보였다. 또한 니트로메탄 젤 추진제의 경우, Herschel-Bulkley 모델 보다는 Teipel과 Forter-Barth가 제시한 모델을 사용하는 것이 적합함을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제11권4호
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• pp.8-14
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• 2017

본 연구에서는 n-데칸과 물을 혼합한 에멀젼 연료를 제조하고, 연료의 유변학적 안정성을 측정하였다. 에멀젼 연료는 n-데칸과 순수, 유화제로 Span 80을 혼합하여 제조되었다. 연료 내부 물 부피비 및 연료온도 증가는 연료의 상분리를 촉진시키는 요소로 확인되었다. 연료의 물 부피비, 온도 및 제조시간 경과에 따른 유변학적 변화를 관찰하였을 때, 물 부피비가 증가할수록 연료의 비뉴턴 유체거동이 확인되었으며, 온도가 높아질수록 연료 내부 물액적 응집으로 인한 점도감소가 관찰되었다. 낮은 물 부피비에서는 연료 제조시간에 따른 점도변화가 크지 않았으나, 혼합비가 3:7 인 경우 3시간 이후부터 점도의 점진적인 감소가 관찰되었다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권5호
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• pp.10-17
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• 2021

본 연구에서는 압력 선회형 인젝터를 이용한 모사 젤 추진제의 분무실험을 수행하여 젤화제 첨가량에 따른 분무특성을 파악하였다. 실험을 통해 인젝터 내부의 공기층이 노즐에 국부적으로 형성되며 점차 와류실까지 확장되는 것을 확인하였으며 뉴턴 유체의 공기층 발달과정과 형상학적으로 유사한 경향성을 보였다. 분무형상은 4개의 유형으로 구분하였으며, 이를 공기층의 형성과정과 연관하여 형상학적으로 분석하였다. 분무형상을 바탕으로 일반화된 레이놀즈수, 웨버수 및 오네소지수와 같은 무차원 수에 따라 분열영역을 구분하였다. 추후 분무성능에 영향을 미치는 와류실 형상변화에 따른 공기층의 형상과 안정성, 이에 따른 분무특성에 관한 연구가 추가로 필요할 것으로 사료된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권4호
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• pp.5-20
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• 2022

본 연구에서는 토석류의 유동과 밀도 변화를 분석하기 위해 운동량방정식으로 단순화된 2상 유한체적모델(Landflow 모델)을 구성하였으며, Hershel-Buckley 유동모델을 사용하여 토석류의 내부 및 기저 마찰과 복잡한 지형 및 연행침식을 분석하였다. 또한 토석류 해석 모델을 수치적으로 해결하기 위하여 Harten-Lax-van Leer-Contact(HLLC) 방법을 포함한 관련 유한체적모델을 도입하여 토석류의 경계면에 대한 해를 구하였다. 충격흡수능력, 수치적 등방성, 모델정확도, 질량보존을 검증하기 위해 제안된 모델을 기반으로 원형 댐파괴, 비뉴턴 유체의 댐파쇄 및 다중 토석류 사례분석을 수행하였다. 해석 결과로부터 본 해석모델의 토석류 해석에 대한 수치적 안정성과 정확도를 확인하였다. 또한, 다양한 유동학적 특성의 토석류 흐름을 체계적으로 시뮬레이션하고 토석류 유동특성이 거동에 미치는 영향을 분석하였다.