• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
• /
• pp.73-73
• /
• 2019

지구 표면의 약 2%에 해당하는 담수에서 육상계 전체가 흡수하는 탄소의 50%가 배출되며, 이는 토양표면에서 배출되는 탄소량에 비해 더 큰 수치로 전 지구적 탄소순환 해석에 중요한 역할을 한다. 특히, 내륙수역과 대기의 경계면에서 $CO_2$ 이동은 전 지구적 탄소순환의 중요한 구성요소로 평가되고 있다. 호수와 저수지 같은 담수 저류시설은 육상에서 기인한 탄소의 운송 및 처리 역할을 한다. 하지만, 저수지에서 온실가스배출량을 평가할 수 있는 명확한 방법론이 부족하며, 전지구 규모 GHGs배출량에 대한 추정에 대한 불확실성이 상당히 큰 상황이다. 본 연구에서는 몬순기후대에 위치한 인공저수지를 대상으로 보다 신뢰도있는 온실가스 배출량 추정을 위해 $CO_2$ NAF 산정하고, 산정에 영향을 미치는 인자들을 분석 하였다. 분석을 위해 $CO_2$ NAF 산정에 필요한 수리 및 수질 인자들을 2017년부터 2018년까지 수집하고, 기초통계량 및 상관분석을 실시하였다. 또한, 주성분분석(PCA) 및 다중선형회귀모델(MLR)과 랜덤포레스트(RF) 기법을 사용해 변수 중요도를 평가하였으며, $CO_2$ NAF 산정 주요인자인 기체교환 계수를 경험적 모델 3종(Cole and Caraco, Crusius, Vachon), 표면갱신형 모델 4종(Heiskanen, Maclntyre, Read, Soloviev)을 비교, 검토하였다. 조사기간 동안 기체교환계수 산정 결과 Crusius 모델 예측값이 평균 $0.342(0.047{\sim}4.323)cm\;hr^{-1}$으로 검토한 모델중 가장 낮은 평균값을 보였으며, Heiskane 모델이 $2.135(0.337{\sim}5.152)cm\;hr^{-1}$으로 가장 큰 평균값을 보였다. 대상 수체는 연주기로 완전혼합되며 수온성층이 약화되는 시기에 저수지 표층 아래에 축적된 탄소가 표층으로 전달되어 높은 수준의 p$CO_2$를 보이며, 수표면에 큰 난류 강도가 작용하는 기간에 대기중으로 배출(pulse emission) 기작이 나타난다. NAF 산정결과 경험적 모델의 NAF값($-1246.0{\sim}6510.3mg-CO_2m^{-2}day^{-1}$)은 표면갱신형 모델 NAF값($-1436.1{\sim}8485.7mg-CO_2m^{-2}day^{-1}$)보다 낮은 수준을 보였으며, 풍속의 함수만을 이용하는 경험적 모델보다 부력 플럭스와 난류 혼합의 영향을 고려하는 Macintyre, Heiskanen모델이 성층 저수지의 $CO_2$ NAF 산정에 적합한 것으로 나타났다. $CO_2$ NAF 산정의 주요인자로 MLR모델은 Tw, EC, pH, Chla, TOC, Alk, RF모델은 EC, DO, TOC가 중요 변수로 평가되었다. PCA 분석결과, 수온이 낮고 성층이 약화되며 pH가 낮은 상태에서 NAF가 큰 것으로 나타났다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제20권1호
• /
• pp.37-44
• /
• 2017

하나의 시스템 내에 2개 이상의 상이 다른 유체가 존재할 시에는 다상유동에 의한 복장성이 존재하며, 이는 해석의 어려움이 따른다. 두 개 이상의 상이 다른 다상유동은 유동 및 경계면에 영향을 끼치지 때문에, 불안정성과 같은 비선형 유동이 나타나게 된다. 여러 종류의 불안정성 중 레일리히-테일러 불안정성은 대표적인 예로 알려져 있다. 본 연구에서는 밀도차가 레일리히-테일러 불안정성에 미치는 영향을 조사하기 위해 다양한 Atwood 수를 선정하였으며, 초기 경계면 형상 역시 다양한 형태를 설정하고 시뮬레이션 하였다. 본 연구에서 사용된 입자법인 MPS(Moving particle simulation)은 이러한 다상유동에서 널리 쓰이지는 않았으나, 다상유동을 위한 입자간 상호 연성 모델인 자가-부력 항, 표면 장력 항과 경계면 경계 조건 항을 추가로 사용하여 수치해석이 가능하게 하였다. 본 연구에서 새로이 개발된 다상유동형 입자법을 이용하여 고려된 경우들에 대해 수치해석을 수행하였으며, 각각의 결과들을 비교 분석하였다. 또한 레일리히-테일러 불안정성에 기인한 유동의 속도를 측정하여 포텐셜 기반의 이론값과의 비교를 통해 경향성이 일치함을 알 수 있었다. 이론값과의 크기의 차는 포텐셜 기반의 이론값에서는 고려가 힘든 비선형성에 기인한다고 사료된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제15권3호
• /
• pp.289-300
• /
• 2013

본 연구에서는 도로터널 화재해석에 적용하는 화재성장곡선을 적용하여 도로터널 화재시 열기류의 전파특성과 터널벽면에 미치는 열적특성을 수치 해석적으로 고찰하였다. 최대화재강도는 20, 100 MW로 하였으며, 터널내 풍속은 2.5 m/s로 유지하는 경우와 열부력에 의한 풍속으로 하는 경우에 대해서 터널연장 및 경사도에 따른 연기의 전파특성을 분석하고 열기류가 벽체에 미치는 영향을 평가하기 위해서 벽체표면온도와 벽체표면 열전달계수를 분석하였다. 터널내 열기류는 풍속을 2.5 m/s로 하는 경우에 벽체의 냉각효과에 의해서 일정거리 이후에는 급격하게 하강하여 하류까지 동일한 양상으로 흐르는 특성을 보이고 있으며, 벽체표면의 최대온도는 화재강도가 100 MW일 경우에 최대 $615^{\circ}C$까지 상승하고 있으며, 표면온도가 $380^{\circ}C$를 초과하는 면적은 아주 작은 것으로 나타나고 있다. 벽체의 표면열전달계수는 화재강도 및 터널내 풍속에 따라서 변하며 약 $13{\sim}23W/m^{\circ}C$의 범위에 있는 것으로 나타났다.

• 한국식품저장유통학회:학술대회논문집
• /
• 한국식품저장유통학회 2003년도 춘계총회 및 제22차 학술발표회
• /
• pp.135-136
• /
• 2003

알코올 분무, 셀로판지 부착 등의 표면처리가 포장김치의 표면갈변과, pH, 산도, 균수 및 관능적 품질에 미치는 영향을 조사하였다. 실험에 사용된 포장김치는 200 g 들이 플라스틱 용기에 김치를 담은 후 무처리, 70% 알코올로 표면을 1회 분무한 것, 김치표면에 폴리에틸렌필름(두께 0.04 mm)을 부착하여 저장실 (10$\pm$1$^{\circ}C$)에서 21일간 저장하면서 3일 간격으로 조사하였다. 그 결과, 무처리와 알코올을 분무한 경우는 저장 15일째에 pH가 4.0수준에 도달하였으나 김치표면에 polyethylene film을 부착한 경우는 21일째까지도 pH가 4.0 이상을 유지하였다. 산도의 경우도 pH와 동일한 경향을 나타내어 polyethylene film으로 표면처리함으로서 김치의 숙성이 지연되었다. 무처리와 알코올을 처리한 것은 12일째부터 김치표면이 갈변하기 시작하였으며 18일째는 그 갈변정도가 심하였다. 그러나 polyethylene film을 표면에 부착한 경우는 저장 21일째까지도 갈변정토가 미약하였다. 저장기간에 따른 총균수의 변화는 무처리와 알코올을 처리한 경우가 polyethylene film을 부착한 경우에 비하여 증가폭이 컸으나 젖산균수는 반대로 polyethylene film을 부착한 경우가 무처리 또는 알코올을 분무한 경우에 비하여 높아 김치의 품질이 양호하였다. 무처리와 알코올을 분무한 김치의 표면에는 저장 15일 이후에 산막표모 및 곰팡이의 균사체가 번식하는 김치도 발견되었다. 처리별 이미 및 이취의 발생정도를 조사한 결과 무처리와 알코올을 처리한 경우는 저장 15일경에 특히 용기 표면에 위치하는 김치에서 이미와 이취가 있었으나 polyethylene film을 부착한 경우는 이미와 이취가 전혀 나타나지 않았다.채반에 넣고 밀도를 측정한 결과 1.002g/㎤을 나타냈다. 즉 물의 이론밀도인 1g/㎤에 근접한 값을 보여 정확한 밀도 계측이 가능한 것으로 판단되었다. 또한 밀도 계측시스템의 측정 반복간 정밀도를 파악하기 위해 수박 6개를 임으로 선정하여 3반복 측정 시험한 결과, 측정표준편차가 0.001~0.004g/㎤로 해상도보다는 다소 높았으나 대체로 양호한 결과를 나타냈다. 수박 35개를 이용하여 개발 계측시스템과 사람이 직접 부력법으로 밀도를 측정 비교한 결과, 계측시스템에 의해 측정된 수박 밀도가 사람이 측정했을 때 보다 낮게 측정되었다. 수박의 외관인자(무게, 길이, 직경, 체적), 밀도와 당도의 상관관계 구명시험을 위해 원예연구소 시험포장에서 재배된 삼복꿀수박 총 74개를 공시재료로 하였고, 시험은 출수일별로 10~14개씩 수확하여 외관인자, 밀도, 당도를 각각 측정하고, 이들 인자들간의 상관관계를 구명하였다. 외관인자들간에는 높은 상관관계를 보였으나, 외관인자들과 밀도, 외관인자들과 당도, 밀도와 당도와는 매우 낮은 상관관계를 나타냈다. 점성에 영향을 미치는 가장 주요한 조건이라고 생각된다.환원당인 sucrose 함량은 계속 증가하였고 fructose, glucose, sorbitol의 함량(추황의 sorbitol을 제외)은 생장이 촉진됨에 따라 증가하다가 다시 점차적으로 감소하였다. 이러한 결과는 총당과 환원당의 측정결과와 일치한 것으로 나타났다. 결론적으로 배의 성장에 따라 산 함량은 감소하였고 당 함량은 증가하였다.luco-pyranoside, quercetin 7-O- -glucopyranoside, acacetin 7-O-$\beta$-D-glucuronide and apigenin-6-C-$\beta$-D-glucopyranosyl-8-C-$\b

• 전기화학회지
• /
• 제2권2호
• /
• pp.98-105
• /
• 1999

본 연구에서는 전기장에 의하여 유발되는 자연대류의 영향을 줄이기 위하여 수평 다공성 유체층에 열적 성충화를 유지하여 부력과 유체층의 안정화 효과를 체계적으로 조사하였다. 이를 위하여 수평 다공성 유체층에서 이중확산대류에 의한 물질전달 상관식을 이론적으로 유도하고, 전기화학 실험을 통하여 이론에 의한 모델을 보완하였다. 물질전달 상관식은 다공성 매질층에 대한 유동 방정식으로 Forchheimer모델을 사용하고 미세 난류 모델을 적용하여, 용질 및 열 Darcy-Rayleigh수와 Lewis 수로 유도하였다. 실험에서는 다공성매질에 포화된 황산구리황산용액내의 구리이온을 전기 화학적 방법을 통하여 확산 또는 자연대류에 의한 물질전달 실험을 수행하였다. 이론 및 실험적 해석 결과를 종합하면 다공성 매질 내에서 구리이온의 이중확산대류에 의한 물질전달 상관식은 다음과 같다. $$Sh=\frac{0.03054(Rs_D-LeRa_D)^{1/2}}{1-3.8788(Rs_D-LeRa_D)^{-1/10}}$$ 본 연구의 결과는 실험치와 잘 부합되었으며, 모델식의 원형은 열 및 물질전달계에서 자연대류의 영향을 효과적으로 제어할 수 있는 방안으로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제18권6호
• /
• pp.5-16
• /
• 2002

사면 내의 지하수 유동과 사면의 안정성에 대한 강수의 영향을 평가하기 위하여 수리지질역학적 수치 모델이 제시되었다. 이 수치 모델은 변형성 지질매체 내에서의 포화-불포화 지하수 유동을 설명하는 완전 연동된 간극탄성론적 지배 방정식들과 Galerkin 유한요소법에 근거하여 개발되었다. 이렇게 개발된 완전 연동된 수리지질역학적 수치 모델은 다양한 강수량 조건 하에 있는 불포화 사면에 대한 일련의 수치모의실험에 적용되었다. 이러한 수치모의실험 결과들은 강수량이 증가할수록 사면의 전반적인 수리역학적 안정성이 저하되며 잠재적인 파괴가 사면 전단부에서부터 시작되어 사면 정상부 쪽으로 팽창됨을 보여주고 있다. 강수량이 증가함에 따라 수리지질학적으로는 압력수두와 전체 수리수두가 증가한다. 그 결과 지하수면이 상승하고 불포화대가 감소하며 삼출면이 사면 전단부로부터 사면 정상부쪽으로 팽창하고 이러한 삼출면에서의 지하수 유동 속도도 증가하게 된다. 한편 강수량이 증가함에 따라 지질역학적으로는 사면 전단부를 향해 수평 변위는 증가하지만 수직 변위는 감소하게 된다. 이는 강수량 증가에 따른 지하수면의 상승에 수반하는 부력에 기인하는 것으로 해석된다. 그 결과 사면의 전반적인 변형이 사면 전단부를 향해 심화되고 전단파괴 안전율이 1 이하인 불안전한 지역이 사면 전단부에서 두꺼워지면서 사면 전단부에서부터 사면 정상부 쪽으로 팽창하게 된다. 또한 수치모의실험 결과들은 이러한 잠재적인 전단파괴면과 지표면 사이의 지반에서는 잠재적인 인장파괴가 발생할 수 있음을 보여주고 있다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제32권2A호
• /
• pp.123-130
• /
• 2012

증기를 발생시켜 터빈(turbine)을 회전시키는 화력 및 원자력 발전 계통에서 냉각시설은 필수적인 구조물이며, 냉각수 순환 계통은 일반적으로 해수를 취수하여 발전소 내의 복수기까지 유입시켜 증기와 열 교환 후 다시 외해로 배출시키는 형태를 취하고 있다. 최근 냉각수 취 배수 방식을 표층 취 배수 방식이 아닌 심층 취 배수 방식으로 변경하고 있는데, 기존 원전의 재순환 온도에 대한 영향을 최소화 하고, 온배수 방류시 밀도차로 인한 부력으로 온배수 혼합효과를 높여 온배수에 의한 환경피해 범위를 최소화하기 위해서이다. 특히, 하절기에 저층의 저온 냉각수를 취수할 수 있다는 이점 때문에 향후 계획되는 발전소들도 심층 취 배수 방식을 도입할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 원자력 발전소의 냉각시설 중 심층 취 배수 구조물의 입구 주변을 3차원 전산유체역학 코드인 $FLOW-3D^{(R)}$로 모사하여 그 흐름특성을 분석하였다. 취수구(intake)의 경우 연직취수 조건에서 유속 덮개(Velocity cap), 배수구(diffuser)의 경우 방류수의 분사방향에 변화를 주어 모의하였으며, 그 결과 취수구의 경우 유속덮개에 의한 연직 유속성분의 현저한 감소로 인한 어류 유입영향을 최소화할 수 있을 것으로 판단되며, 배수구 희석효과는 Jirka 및 Harleman이 제시한 2차원 온배수 프룸(frume)과 잘 일치 하는 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제35권2호
• /
• pp.109-117
• /
• 2022

기존 화석 연료의 고갈 및 환경오염의 문제와 대용량 발전을 위하여 해양환경 및 자원을 이용한 친환경에너지 발전에 대한 연구 및 개발이 증가하고 있으며, 이 중 높은 발전 효율을 가진 해상태양광 발전에 대한 연구가 크게 증가하고 있다. 환경하중이 비교적 약한 내수조건과 달리, 환경하중이 강한 해양에서의 태양광 발전을 위해서는 더 강한 강성의 구조재를 사용해야 한다. 하지만, 구조재의 생산 가능성, 무게를 포함한 구조물 특성 및 경제적 효율성 등의 제약조건이 발생할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 부유식 방파제를 설치함으로써 태양광구조물에 작용하는 파랑하중을 감소시켜 구조재의 강성 강화를 최소화하고자 하였다. 부유식 방파제의 크기 및 구조물로부터의 거리를 변화하여 이에 따른 파랑하중 및 구조재 응력의 감소 정도를 확인하였다. 다수 부력체의 상호간섭을 고려한 파랑하중의 경우, 고차경계요소법(Higher-Order Boundary Element Emthod)을 이용해 산정하였으며, 구조재에 작용하는 응력은 유한요소법(Finite Element Method)을 통해 평가하였다. 각 조건에서의 최대응력을 분석 및 비교함으로써 해상태양광 발전 시스템에 대한 부유식 방파제의 영향을 확인하였으며, 부유식 방파제의 크기가 파랑하중 및 구조재 응력 감소에 큰 영향을 미침을 확인하였다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제35권6호
• /
• pp.422-429
• /
• 2013

지구온난화와 도시 사막화에 따른 지표면의 온도 상승은 기상과 기후에 대한 실질적은 변화를 야기시킨다는 것은 경험적으로 잘 알려져 있다. 특히 사막화 지역에서는 사막 토양이 침투에 유리한 높은 기공성을 가졌음에도 불구하고 오히려 강우 시 강력한 유출(runoff) 현상에 의한 홍수가 빈번하게 발생하고 있다. 강수시 이러한 높은 유출 특성은 빠른 수분증발과 짧은 수자원순환주기에 의하여 집중호우를 발생시키고 지하수 자원을 고갈시키는 최악의 양극화 현상을 야기시키고 있다. 이러한 현상에 대한 물리적인 기전은 사막과 같은 토양에 높은 온도에 의한 강한 열적 부력현상에 의한 것으로 판단된다. 그러나 이러한 주제의 중요성에도 불구하고 이것에 대한 과학적인 연구가 제대로 이루어지지 않은 것으로 나타나고 있다. 본 논문에서는 이러한 현상에 대한 물리적인 가설에 대한 기전을 밝히기 위해 실험적인 연구와 수치 해석적 연구를 병행하였다. 실험적 연구를 위해 기공도 약 35%에 입도 2.0 mm를 가진 자갈성 모래를 가지고 토양 온도 변화에 따른 실험을 수행하였다. 온도 변화에 대한 구체적인 변수는 case 1의 표준상태의 경우에는 지표면의 온도를 $15^{\circ}C$로 하였고, case 2의 경우는 $70^{\circ}C$ 비교적 높은 고온을 선택하여 각각 10회의 반복실험을 시도하여 평균값을 취하였다. $70^{\circ}C$를 선택한 이유는 캘리포니아 Coachella Valley이 검은 모래가 화씨 191도(섭씨 88도)까지 상승한다는 경험적 자료에 기초하였다. 실험 결과 온도가 $70^{\circ}C$인 경우는 $15^{\circ}C$인 경우에 비하여 유출(runoff)이 온도상승효과에 의하여 약 5% 이상 실질적으로 증가하는 결과를 보였으며 지하로 침투하는 침투량(infiltration)은 빗물의 양을 동일한 양으로 표준화 하여 보정한 경우 온도가 낮을 때 상대적으로 30% 정도 증가하는 현상을 나타내었다. 이러한 결과는 지표면 온도 상승이 지하수 고갈과 그에 따른 지반강하에 중요한 인자가 될 수 있음을 시사한다. 수치해석의 결과는 실험 결과와 비교할 때 온도상승에 의해 약 4.6% 정도 유출이 증가되는 것으로 나타나 실험결과와 비교적 잘 부합하였으며 강우량에 따른 변수 연구의 경우도 물리적으로 일관성이 있었다. 이러한 기본적인 연구 결과에 기초할 때 향후 보다 실질적인 시스템에 대한 연구가 가능할 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제35권1호
• /
• pp.23-31
• /
• 2011

원자로의 안전을 확보하고 운전성능을 정확히 예측하기 위해서는 핵연료에서 초임계압 냉각재로 전달되는 열전달량을 예측하는 것이 매우 중요하다. 초임계압 유체에서 열전달은 유사임계온도 부근에서 급격하게 변화하는 물성의 영향을 크게 받아 열전달량이 증가하기도 하고, 특정한 질량유속과 열유속 조건에서는 열전달량이 감소하는 현상을 보이기도 한다. 본 연구에서는 초임계압수냉각로(SCWR)의 핵연료집합체 부수로의 수력 직경과 유사한 내경 4.57 mm 원형관 안에서 상 하향 방향으로 흐르는 $CO_2$로 전달되는 열전달량(실제로는 원형관 외벽온도)을 다양한 조건에서 측정하고 분석하였다. 총 7,250개의 실험결과를 기존의 초임계압 강제대류 상관식들로 예측한 결과와 비교하여 그 상관식들의 정확성을 검토하였으며, 부력매개변수 $\overline{Gr}_b/(Re^{2.7}_b\overline{Pr}^{0.5}_b})$를 도입하여 혼합대류 영역에서도 적용할 수 있도록 기존의 상관식을 확장하였다. 그리고 기존의 열전달열화 발생 조건을 본 실험의 열전달열화 조건과 비교하여 적용성을 평가하였다.