• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.85-91
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• 2018

최근 초고층 건축물에서 화재로 인해 많은 인명피해가 발생하고 있다. 특히, 화재 발생시 생성되는 유독성 가스 및 연기로 인해 많은 사망자가 발생하고 있다. 이러한 인명피해를 줄이기 위한 방안으로 제연시스템이 도입되어 있다. 제연시스템은 초고층 건축물에서 연기의 확산을 방지하고 재실자의 안전한 피난을 도와주는 장치이다. 또한, 엘리베이터를 이용한 피난은 초고층 건축물에서 필수적인 피난 방법으로 여겨진다. 하지만, 엘리베이터 구동시 생성되는 강력한 압력장 및 유동변화로 인해 제연시스템의 성능확보에 영향을 미친다. 따라서, 본 연구에서는 성능설계위주의 샌드위치 가압방식이 적용된 초고층 건축물에서 엘리베이터 구동에 따른 제연성능 확보에 미치는 영향을 실험 및 수치해석 연구로 수행하였다. 실제 초고층 건축물에서 발생되는 창문, 방화문 그리고 엘리베이터의 누설면적은 화재안전기준 및 면적비를 이용하여 산출하였다. 실제 엘리베이터 속도 7 m/s~17 m/s에 해당하는 20 m/s~100 m/s로 동역학적 상사를 통해 엘리베이터 속도를 변경하였다. 그 결과 엘리베이터 속도가 빠르면 빠를수록 부속실과 화재실 간 차압이 크게 발생하였으며 관계식은 ${\Delta}P=40{\cdot}{\exp}$(-Ves /-104.7)-23.735로 산출되었다. 본 연구 결과는 초고층 건축물에서 엘리베이터 구동을 고려한 제연시스템 설계 자료로 활용이 가능하다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.1005-1012
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• 2011

본 연구에서는 혁신적인 연소시스템의 최적 연소조건을 도출하기 위해 반응기 내부 유동 특성, 온도분포, 속도분포 및 체류시간 등에 대해 전산유체역학(CFD)을 이용한 3차원 모사를 수행하였다. 연료 투입량 1.5 ton/hr, 체류시간 1.25초, 공기비 2.1의 조건에서 연소시킬 때 로의 출구의 면적가중(area-weighted) 평균온도는 $1,077^{\circ}C$로 나타나 에너지 회수 및 유해가스 처리에 적합한 온도임을 알 수 있었다. 배가스는 연소실 중앙부위에서 강한 선회류를 따라 최고속도 약 40~50 m/s로 덕트를 통해 배출되므로 연소실의 중심부에 강한 난류가 형성되어 연소 속도 및 연소 효율이 향상되는 것으로 나타났다. 본 시스템의 경우, 불완전 연소를 방지하고 또한 thermal NOx의 생성도 억제하기 위한 적정 조업조건은 공기비 1.9~2.1, 연료 투입량 1.25~1.5 ton/hr 정도인 것으로 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권3호
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• pp.286-292
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• 2005

본 연구는 향후 산업적으로 질소산화물 규제가 중요한 문제로 대두될 만한 산업용 보일러를 대상으로 수행하였다. 일반적으로 SNCR 방법의 산업용 보일러로의 적용은 혼합을 위한 충분한 체류시간을 제공하지 못한다는 점에서 적합하지 않은 것으로 알려져 있다. 본 연구의 목적은 SNCR 장치의 산업용 보일러 적용가능성을 조사하기 위한 것이다. 구체적으로 연료로 중유를 사용하는 시간당 스팀 발생량 40톤 규모의 산업용 보일러를 연구 대상으로 하였다. 사업용 보일러의 수치 해석을 위한 3-D 직교좌표계 프로그램에는 난류 유동, 난류 연소반응, NOx의 생성과 환원제와의 반응을 통한 소멸반응 등을 포함하고 있다. 또한 개발된 코드에는 Lagrangian 방법에 의한 입자궤적 프로그램이 포함되어 있고, 주입구에서 접선방향으로의 선회효과를 계산에 의해 고려하였다. 선회버너 효과를 고려한 결과 단화염이 생성되었으며 NOx 환원반응에 적합한 온도 영역의 증가로 인해 NOx 제거효율도 향상되었다. 실험결과와의 비교를 통하여 프로그램을 검증하였으며, 계산결과 혼합용 공기 주입을 통한 환원제와의 혼합 향상을 통해서 SNCR 방법의 산업용 보일러 적용가능성을 확인하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권2호
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• pp.103-108
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• 2012

연소과정 중에 발생하는 질소산화물을 저감하는 기술인 MILD 연소로는 연소용 공기 및 연료로 고온의 배기가스가 유입되는 양에 따라 질소산화물 저감 특성이 많은 영향을 받는다. 일반적인 MILD 연소로는 연료와 연소용 공기는 수직 상향방향이고 배기가스는 수직하향 방향으로 흐르면서 배기가스가 유입되는데 이러한 형태보다 더욱 배기가스의 유입량을 증가시키기 위한 방법으로 동심원관형태의 MILD 연소로를 사용하고 있다. 본 연구에서는 바깥 원통의 배기가스 통로에서 안쪽 원통의 연소통로 사이에 연결관을 설치하고 배기가스를 유입하기 위한 공기노즐을 동심원관 형태로 설치하여 공기분사속도, 노즐 직경, 배기가스측 압력과 연소로측 압력 차이의 변화에 따른 유입량 특성을 수치해석을 통해 살펴봄으로써 MILD 연소로에서 더욱 적극적인 배기가스의 유입량 특성을 파악하는 것을 연구하였다. 공기노즐 분사속도의 증가에 따라 유입량은 속도의 제곱근에 비례하는 것을 알았고 배기가스 측과 연소로 측의 압력차의 크기에 선형적으로 감소하는 것을 관찰하였다. 공기노즐 출구 위치의 변화는 유입량 변화에 큰 영향이 없음을 알 수 있었다.

• 생물환경조절학회지
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• 제19권4호
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• pp.195-202
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• 2010

수집 농산물의 세척, 선별, 포장 작업 등이 이루어지는 APC 작업장은 하절기에 작업자들이 고온의 환경에 노출되므로 작업환경 개선을 위한 냉방공조가 요구되고 있다. 기존의 전체 냉방 공조방식은 과도한 유지비로 인한 운용상의 어려움이 발생하고 있으므로 설비비 및 운용비가 상대적으로 저렴한 시스템을 적용할 필요가 있다. 본 연구에서는 하절기 APC 작업공간의 효율적 냉방을 위한 냉방시스템 설계의 기초 연구로써 CFD를 기반으로 하여 양압식 및 음압식 팬 앤 패드 시스템과 국소냉방 시스템에 대해 열유동 수치해석을 수행하여 각각의 냉방효과를 예측하였다. 그 결과, 음압식 팬 앤 패드 시스템은 고온 외기의 과도한 유업으로 인해 패드 하류의 일부 영역을 제외한 대부분의 작업영역에서 상대적으로 고온의 온도 분포를 보였으며 기류의 유속분포 역시 낮게 나타나 APC 냉방시스템으로 부적합한 것으로 판단되었다. 양압식 팬 앤 패드 시스템은 직업장의 중심부 및 각 작업영역에 비교적 균일한 저온환경을 조성하나 작업자 위치별로 기류의 유속편차가 크게 나타났다. 국소냉방 시스템의 경우 각 작업자 위치의 상부에서 냉기류가 공급되는 방식이므로 팬 앤 패드 시스템에 비해 작업자 위치에서의 온도분포와 기류 유속분포가 상대적으로 균일하게 나타났다. 양압식 팬 앤 패드 시스템은 냉방기를 사용하는 기존의 공조방식에 비해 설비비 및 유지비가 저렴하나, 실제 APC 작업장의 냉방공조에 적용시에는 팬 소음, 고습환경이 선별기 등 장비에 미치는 영향, 용수공급 및 패드교체 등을 고려하여 보다 신중한 검토가 요구된다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.15-23
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• 2007

일반주택 화재시 가연성이 높은 폴리우레탄폼 소재의 소파가 연소될 때 다량의 독성가스가 포함된 연기가 발생한다. 이 경우 실내거주자는 고온의 연기와 독성가스로 인해 피난의 어려움을 겪고, 극단적인 경우 사망에 이르게 된다. 본 연구에서는 다세대주택 화재시 계단실 개구부의 개폐조건이 화재실과 계단실의 화재특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 CFD 시뮬레이션을 수행하였다. 화재실험에서 얻어진 유동장의 온도, 일산화탄소 농도 및 연기가시거리의 자료를 분석하여 화재안전한계 기준값과 부분유효량에 근거한 화재위험평가를 하였다. 화재실의 경우, 온도와 일산화탄소 농도는 각각 최대 $290^{\circ}C$와 4,740 ppm이며, 온도에 의한 거주자의 불능상태 도달시간은 발화 후 약 144초이다. 계단실의 경우, 창문이 개방된 경우의 온도와 일산화탄소 농도는 화재안전한계 기준 값 이하로서 개방되지 알은 경우 보다 크게 감소되었다. 또 계단실의 연기가시거리는 개방된 경우가 개방되지 않은 경우보다 화재안전한계 기준 값에 더 빨리 도달되었다. 결론적으로 다세대주택 계단실의 개구부를 개방할 경우 거주자의 화재위험 가능성은 낮아진다.

• 자원환경지질
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• 제50권1호
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• pp.61-71
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• 2017

본 연구는 절리의 빈도 및 길이분포가 절리암반의 수리지질학적 특성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 이차원 불연속절리망 (DFN; discrete fracture network) 유체유동 해석을 바탕으로 한 수치실험을 수행하였다. 두개의 절리군을 사용하여 절리의 빈도와 길이분포를 달리하며 추계론적으로 생성한 총 51개의 DFN 시스템에 대하여 $0^{\circ}$부터 매 $30^{\circ}$ 간격으로 총 12 방향으로 구현한 총 612개의 $20m{\times}20m$ DFN 블록에서 방향에 따른 블록수리전도도가 산정되었다. 또한, 각각의 DFN 시스템에서 이론적 블록수리전도도와 더불어 주 수리전도도텐서, 평균 블록수리전도도 등이 산정되었다. 절리군의 빈도의 증가 또는 길이의 평균 및 표준편차 증가에 따라 임의 방향으로의 블록수리전도도는 증가하며 DFN 시스템에 대한 등가연속체 취급 가능성이 높아지지만, 절리군 간의 빈도 차이가 커지면 블록수리전도도의 이방성 증대로 인하여 등가연속체 취급 가능성이 낮아질 수 있는 것으로 평가되었다. 두 절리군의 교차각이 작을수록 등가연속체 특성은 빈도 및 길이분포의 변화에 상대적으로 더욱 영향을 받는 것으로 평가되었다. 등가연속체로 취급하기 어려울 정도로 두 절리군의 교차각이 작아도 절리군의 빈도 또는 길이 분포가 증가하면 등가연속체 취급 가능성은 높아진다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권11호
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• pp.935-942
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• 2014

본 연구에서는 내부에 고온의 원형 실린더가 위치한 저온의 기울어진 사각 밀폐계에서 Prandtl 수 변화에 따른 밀폐계 내부 자연대류 현상에 대한 수치해석을 수행하였다. Rayleigh 수가 $10^3$, $10^4$, $10^5$ 그리고 밀폐계의 각도가 $0^{\circ}$, $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ 인 경우에 대해서 Prandtl 수를 0.1, 0.7, 7 로 변화시키며 Prandtl 수의 영향을 분석하였다. Prandtl 수의 변화에 따른 밀폐계 내부의 자연대류 현상은 실린더 표면과 밀폐계 벽면의 평균 Nusselt 수, 밀폐계 내부의 등온선 및 유선을 바탕으로 분석되었다. Prandtl 수가 0.7, 7 인 경우에는 각도 및 Rayleigh 수에 관계없이 열유동은 정상상태의 특성을 보였지만 Prandtl 수가 0.1 인 경우에는 Rayleigh 수가 $10^5$ 이고 밀폐계의 각도가 $0^{\circ}$ 와 $45^{\circ}$ 일 때 시간에 따라 열유동장이 변하였다. 실린더 표면과 밀폐계 벽면의 평균 Nusselt 수는 Rayleigh 수가 $10^5$ 인 경우, 각도에 관계없이 Prandtl 수가 클수록 증가하였다. 특히 Rayleigh 수가 $10^5$ 이고 Prandtl 수가 0.1 일 때 밀폐계의 각도가 $45^{\circ}$ 인 경우 실린더 표면과 밀폐계 벽면의 평균 Nusselt 수가 크게 증가하였다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제24권1호
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• pp.90-94
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• 2010

본 연구에서는 횡류환기방식의 균일배기방식(balanced exhaust)에 대한 터널 내 풍속, 배연풍량에 따른 수치해석을 수행하여 연기의 이동거리를 분석하고 기존의 유동가시화 실험결과와 비교하였다. 그 결과 균일배기방식의 배연시스템에서는 풍속이 존재하지 않는 경우 배연풍량을 연기발생량(Vc = 0)일 때 건설교통부의 도로터널방재시설 지침에 의한 피난연결통로의 간격 250m 이내로 연기가 제한되었으며, 배연효율은 본 실험범위에서 55.1%에서 95.8%로 나타났다. 터널 내 풍속이 존재하면 연기를 배연하기 위한 배연풍량이 급격하게 증가하는 경향을 보이는 것으로 알 수 있으며, 배기구의 풍속이 증가하면 배연효율이 감소하며, 연기의 이동거리를 목표로 하는 거리로 제한하기 위해서 배연풍량은 연기발생량 보다 최대 1.8배에서 1.04배까지 증대하는 것으로 나타나고 있다. 본 연구에서 평가기준으로 선정한 250m 이내로 연기의 이동거리를 제한하기 위한 배연풍량은 터널 내 풍속이 존재하지 않는 경우에는 배연풍량은 최소 $84m^3/s{\cdot}250m$, 1.75m/s인 경우에 배연풍량은 최소 $393m^3/s{\cdot}250m$($Q_E$= 80 + 5Ar)으로 나타났다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제5권4호
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• pp.223-235
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• 2002

수로는 약선대를 따라 형성되는 경우가 많으며, 특히 강을 따라 단층이 발달하는 경우가 많다. 교량과 같은 수상 구조물의 건설을 위하여 탐사의 필요성이 높음에도 불구하고 육상과는 달리 수상 전기비저항 탐사가 활발하게 적용되지 못한 것은 현장탐사와 자료해석의 어려움 때문이었다고 볼 수 있다. 그러나 무엇보다도 중요한 것은 양질의 자료 획득이며, 양질의 자료 획득이 육상 탐사보다 어려운 것은 영상화하고자 하는 지하구조가 물로 덮여 있다는 점에서 연유한다. 이 연구에서는 이와 같은 점에 중점을 두고 수치 모델링과 현장탐사 사례 분석을 통하여 수상 전기비저항 탐사 자료의 특성, 현장 탐사와 해석 방법에 대하여 논하였다. 수상 전기비저항 탐사는 전극이 물 표면에 혹은 물 바닥에 설치되어 있는가에 따라 탐사자료의 획득방법, 고려할 사항, 해석 방법이 달라지므로, 전극을 물 표면에 띄운 경우와 바닥에 설치한 경우로 나누어 논의를 전개하였다. 이를 통하여 하상 전기비저항 탐사는 수층 하부 지반을 정확하게 영상화할 수 있음을 보였다. 또한 수상 전기비저항 탐사에서 전극을 물 바닥에 설치하는 것이 물 표면에 설치하는 것보다 훨씬 더 분해능이 높은 영상을 획득할 수 있다. 그러나 두 방법 모두 육상 탐사에 비하여 지하구조에 대한 민감도는 낮고, 유동전위 등에 의하여 전기잡음이 높을 가능성이 높기 때문에 육상 탐사보다 높은 S/N 비를 갖는 현장 탐사자료의 획득이 필수적이며 가능한 한 높은 분해능을 갖는 전극배열을 선택하여야 하는 것으로 나타났다. 변형된 전극배열법은 원거리 접지가 불필요하다는 점과 아울러 그의 원천이 되는 전극배열보다 높은 신호대 잡음비를 갖는 자료 획득이 가능하다는 점에서 수상 전기비저항 탐사에 많은 활용이 기대된다.