• 한국추진공학회지
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• 제22권4호
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• pp.36-43
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• 2018

연소 중 고온, 고압, 고속의 연소가스가 작용하는 노즐조립체는 다양한 부품(목삽입재/내열재/구조체)이 접촉/접착의 형태로 조립되며, 유동(경계층 유동장)-열(기계/화학적 삭마, 숯 등 열반응, 열전달)-구조(마찰, 접촉, 접착, 동적거동 및 열응력)적 복합하중이 내부에 작용하며 복잡한 거동을 보이기 때문에 정확한 구조적 안전성을 계산하는데 한계가 있다. 본 연구는 연소시험 후 목삽입재 깨짐 현상이 발생한 노즐조립체에 대해 연소시간 중 열-구조적 거동분석을 해석적으로 수행하였다. 연소시간 중 시간별/위치별로 유동해석에서 계산된 내부압력과, 열반응을 고려한 열해석(Thermal Surface Reaction & Ablation Analysis)에서 계산된 노즐 표면의 삭마량 및 대류열전달계수가 구조해석의 경계/하중조건으로 부여된 후 열-변형 해석이 수행되는 연동해석(Co-simulation)기법을 사용하였다. 특히 구조해석 시각 부품별 경계면의 접착/접촉/마찰조건을 달리하며 연소시험 시 계측된 변형률값과 비교하여 가장 유사한 연소 중 거동분석 조건을 도출하였다.

• 한국분무공학회지
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• 제27권2호
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• pp.84-93
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• 2022

To implement carbon-neutrality in transportation sectors until 2050, hydrogen is considered a promising fuel for internal combustion engines because hydrogen does not contain carbon itself. Although hydrogen does not emit CO₂ emission from its combustion process, the low energy density in a volume unit hinders the adoption of hydrogen. Therefore, the understanding of hydrogen jet behavior and measurement of equivalence ratio must be conducted to completely implement the high-pressure hydrogen direct injection. The main objective of this research is feasibility test of hydrogen local equivalence ratio measurement by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBs). To visualize the macroscopic structure of hydrogen jet, high-speed schlieren imaging was conducted. Moreover, LIBs has been adopted to validate the feasibility of hydrogen local equivalence ratio measurement. The hydrogen injection pressure was varied from 4 MPa to 8 MPa and injected in a constant volume chamber where the ambient pressure was 0.5 MPa. The increased injection pressure extends the vertical penetration of hydrogen jet. Due to the higher momentum supply when the injection pressure is high, the hydrogen has easily diffused in all directions. As the laser trigger timing has delayed, the low hydrogen atomic emission was detected due to the longer mixture formation time. Based on equivalence ratio measurement results, LIBs could be applied as a methodology for hydrogen local equivalence ratio measurement.

• 대한조선학회논문집
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• 제60권2호
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• pp.120-134
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• 2023

In this study, hydrodynamic characteristics of dam break flow were investigated by a series of experiments. The experiments were performed in a 2-D rectangular flume with obtaining instantaneous images of dam break flow to capture the free surface elevation, and pressure distributions on vertical wall and bottom of the flume. The initial water depth of the dam break flow was changed into 3 different heights, and the gate opening speed was changed during the experiments to study the effect of the gate speed in the dam break flow. Generation of dam break phenomena could be classified into three stages, i.e., very initial, relatively stable, and wall impact stages. The wall impact stage could be separated into 4 generation phases of wall impinge, run-up, overturning, and touchdown phases based on the deformation of the free surface. The free surface elevation were investigated with various initial water depth and compared with the analytic solutions by Ritter (1892). The pressures acting on the vertical wall and bottom were provided for the whole period of dam break flow varying the initial water depth and gate open speed. The measurement results of the dam break flow was compared with the hydrodynamic characteristics of green water phenomena, and it showed that the dam break flow could overestimate the green water loading based on the estimation suggested by Buchner (2002).

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.54-54
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• 2020

본 연구에서는 제방의 세굴이나 붕괴를 방지하기 위해 바이오폴리머(Biopolymer) 기반 신소재를 활용한 흙 제방의 보강공법을 제시하였다. 바이오폴리머 기반 제방의 보강공법은 흙과 바이오폴리머를 소량만 섞어도 흙의 강도 증진시킴과 동시에 빗물에 대한 내침식성과 식생의 생장을 촉진하는 생태성도 뛰어나기 때문에 제방 사면을 보호할 수 있는 친환경적이고 효율적인 공법이다. 이에 안동하천연구센터는 실증실험을 통한 신소재 제방 보강공법의 안정성 검증을 목표로 2 건의 월류붕괴 실험을 수행하였다. 첫 번째는 흙 제방 조건(Case 1)이며, 두 번째는 바이오폴리머 혼합 토양을 사면에 도포한 후 식생이 활착된 조건(Case 2)이다. 제방 붕괴에 따른 수로 내 수위변화를 측정하기 위해 압력식 수위계를 설치하였으며, 영상분석을 위한 다수의 카메라 및 드론을 활용하여 실험의 전 과정을 실시간 촬영하였다. 또한, 제내지 측 사면을 대상으로 월류에 따른 붕괴 지연효과를 정량적으로 제시하기 위해 이미지 픽셀 변화 측정 기법을 통한 시간에 따른 표면 손실률을 산정하였다. 흙 제방과 신소재 처리 제방의 시간에 따른 표면손실률을 비교한 결과, Case 2의 사면손실률이 Case 1에 비해 약 1.5~2.3 배 지연되는 것을 확인하였다. 하지만 단일 조건만으로 실험군과 비교군의 붕괴지연 결과가 제방 성능을 평가함에 있어서 일반화될 수 없으므로 이러한 정량적 평가는 다소 한계가 있다. 향후 이러한 부족한 부분을 해결하기 위한 노력과 다양한 조건의 추가실험을 통한 계측 데이터 및 붕괴지연시간의 평균값을 도출하여 신소재 제방의 안정성을 평가하기 위한 타당한 결과를 도출할 예정이다.

• 대한조선학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.52-68
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• 1991

캐비테이션 특성이 우수하고 넓은 받음각에서 양력-향력비가 큰 새로운 날개단면(KH18 단면)을 사용하여 체계적인 방법으로 기하학적 형상을 변화시켜 설계된 새로운 계열 프로펠러의 개발을 시도하였다. 새로운 계열 프로펠러의 형상을 설계함에 있어 기존의 계열 프로펠러와는 달리 선택된 반류분포의 회전방향 평균 반류분포를 입력자료로 하여 반경방향 부하분포와 코오드 방향 부하분포를 동일하게 유지하면서 피치 및 캠버의 형상을 결정하였다. 또한 코오드 길이, 두께, 스큐 및 레이크 분포와 같은 형상은 최근 실적선 프로펠러의 형상 특성을 정형화하여 선택되었기 때문에 초기설계시 설계된 형상이 최종 설계 프로펠러의 형상과 크게 다르지 않을 것으로 생각되어 초기성능을 보다 정확하게 추정할 수 있게 하였다. 설계된 계열 프로펠러는 날개수 4개인 프로펠러를 대상으로 날개 전개면적비 4개($A_{E}/A_{O}$=0.3, 0.45, 0.6, 0.75)에 대하여 각 전개면적비에서 평균피치비를 5개(P/D=0.5, 0.65, 0.8, 0.95, 1.1)로 변화시켜 총 20개의 프로펠러로 구성되었으며 KD-프로펠러 씨리즈(KRISO-DAEWOO Propeller Series)라 명명하였다. 설계된 계열 프로펠러들에 대하여 단독특성시험, 캐비테이션 관찰시험, 변동압력 계측시험을 수행하였다. 프로펠러 단독특성 시험결과의 회귀해석결과로 부터 $B_{P}-\delta$ 곡선을 도출하여 초기설계 단계에서 최적 프로펠러 직경등을 쉽게 결정할 수 있게 하였다. 기준으로 선택된 반류분포(2700TEU 콘테이너선의 반류) 후류에서 프로펠러 추력계수 및 캐비테이션 수를 체계적으로 변화시킨 상태에서 캐비테이션 관찰시험 및 변동압력계측시험을 수행하였다. 양력면이론에 의한 비정상 프로펠러 성능해석에 의해 계산된 최대 국부양력계수 ($C^{max}_{l,0.8R}$)와 국부캐비테이션 수(${\sigma}_0=\frac{p-p_v}{\frac{1}{2}{\rho}V^2_{0.8R}}$)를 기준으로 캐비테이션 관찰시험 결과를 정리하여 KD-캐비테이션 챠트를 도출하였다. 기존의 캐비테이션 챠트는 균일류중의 시험 결과를 정리하여 작성되었으나 KD-캐비테이션 챠트는 반류분포중에서 시험된 프로펠러 관찰시험 결과로 부터 도출되었으므로 초기설계 단계에서 보다 정확한 캐비테이션 발생량 추정이 가능하리라 예상된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권5호
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• pp.485-496
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• 2013

2001년 9.11테러로 인한 미국 세계무역센터 및 미국 국방성 펜타곤이 붕괴된 이후, 전 세계적으로 충돌, 폭발 등의 극한하중에 의한 테러가 빈번하게 발생하고 있으며, 극한하중에 의한 구조물의 거동에 대한 사회적 불안감은 더욱 증가되고 있다. 그러나 지금까지의 사회기반시설구조물에는 폭발 및 충돌 등과 같은 극한하중에 대한 방호 및 방재개념을 설계에 고려하지 못하고 있는 실정이며, 원전격납건물, 가스탱크, 교량, 터널 등에 널리 사용되는 프리스트레스트 콘크리트 구조물에 대한 극한하중 연구는 전 세계적으로 미흡하다. 충돌과 같은 극한하중은 집약된 에너지의 급작스런 방출로 인한 높은 충돌압력을 형성하므로, 극한하중의 특성 및 전파 메커니즘을 이해하는 것이 필요하다. 그러므로 이 연구에서는 이방향 비부착 프리스트레스트 콘크리트 패널의 충돌저항성능을 비교검토하기 위하여, $1400mm{\times}1000mm{\times}300mm$의 철근콘크리트(RC), 프리스트레스 텐던으로만 보강된 콘크리트(PS), 프리스트레스 텐던과 철근으로 보강된 콘크리트(PSR, 일반적인 PSC) 시편을 제작하였다. 실험 조건에 맞춰 14 kN의 추를 10 m, 5 m, 4 m 높이에서 낙하하는 예비 실험과 3.5 m 높이의 본 실험으로 구성하여 충돌하중에 대한 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 실험적 평가를 수행하였다. 또한, 충돌실험을 위한 기본적인 실험 구성 및 계측시스템을 구축하였다. 충돌 저항성능은 균열형상, 손상면적, 에너지 흡수, 처짐, 변형률, 가속도 등의 충돌에 의한 계측데이터를 이용한 거동분석 뿐만 아니라, 충돌 후 잔류구조성능 실험을 수행하여 이방향 비부착 프리스트레스트 콘크리트 패널의 충돌저항성능을 검토하였다. 본 실험은 향후 국내외 프리스트레스트 콘크리트에 대한 충돌 방호설계 및 충돌해석 등 관련 연구분야의 기초자료가 될 것이라고 판단되는 바이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권11호
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• pp.740-746
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• 2017

함정의 추진기와 발전기에 의해 발생하는 고온의 폐기가스와 연돌 주변 금속표면에서 방사되는 적외선 신호는 적 위협 무기체계의 표적이 되어 함의 생존성을 감소시키는 주 원인이 된다. 폐기가스와 연돌의 적외선 신호는 함정에 적외선 신호저감 장치(Infra-Red Signature Suppression system, IRSS)를 설치하여 감소시키고 있다. IRSS는 폐기가스에 난류 유동을 형성하는 이덕터, 폐기가스와 주변 공기가 혼합되는 믹싱 튜브, 외기와의 압력차를 이용하여 공기 필름을 형성하는 디퓨져 세 부분으로 구성된다. 본 연구는 적외선 신호저감 장치를 국내 독자기술로 개발하기 위한 기초 연구로 국외 선진 기술사에서 개발하여 국내 함정에 설치된 IRSS의 모형시험 조건을 분석하고 이를 기반으로 열 유동해석 연구를 수행하였다. 열 유동해석에서는 상용 수치해석 프로그램을 사용하였으며, 다양한 난류 이론 모델을 고려하여 결과를 비교 분석하였다. 해석의 주요 결과로는 이덕터 입구와 디퓨져 출구에서의 폐기가스 온도 및 속도, 그리고 디퓨져의 금속표면 온도를 구하였으며 모형시험의 계측 결과와 잘 부합함을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권6호
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• pp.757-764
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• 2019

수중에서 빠른 속도로 운동하는 물체 주변에서 감압이 발생하며, 이로 인해 공동 핵이 팽창함으로써 캐비테이션이 발생한다. 캐비테이션이 발생하게 되면 소음 및 진동이 증가하며, 추진기의 경우 추진 성능이 저해되는 악영향을 초래하기 때문에 이에 대한 예측이 필요하다. 본 연구에서는, 캐비테이션 발생으로 인한 공동소음의 해석절차를 정립하고, 타원형 날개에 적용하였다. 먼저 전산유체역학해석을 수행하여, 날개 형상 주위 유동장 정보를 도출하였다. 공동 핵 밀도 함수를 활용하여, 핵의 초기 반경 별로 개수를 계산하였고 이들을 압력 강하가 큰 날개 끝 전류에 랜덤하게 배치하였다. 이후 공동소음 해석을 위해 각각의 핵에 대하여 Lagrangian 관점에서 버블 다이나믹스를 활용하였고, 계산된 공동의 거동으로부터 소음해석을 수행하였다. 공동소음은 광대역 소음의 특성을 가지는 것을 확인하였으며, 최종적으로 선박해양플랜트연구소(KRISO)의 대형캐비테이션터널(LCT)에서 수행된 실험 계측결과와의 비교를 통해 검증을 수행하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권8호
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• pp.703-711
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• 2018

상수도관의 파열은 과도한 압력, 노후화, 온도변화 나 지진 등에 의한 지반이동에 의해 발생한다. 상수도관 파열이 대규모 단수, 싱크홀 등과 같은 더 심각한 피해 이어지지 않도록 신속하게 탐지 및 대응하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 상수도관 파열 탐지를 위해 개선 Western Electric Company (WECO) 방법을 개발하였다. 개선 WECO 방법은 통계적공정관리기법 중 하나인 기존 WECO 방법에 임계치 조정자(w)를 추가하여 대상 네트워크에 적합한 이상탐지 의사결정을 할 수 있도록 했다. 개발된 개선 WECO 방법을 미국 텍사스 오스틴 관망에 적용 및 검증하였다. 상수도관 파열 발생 시 측정한 비정상데이터와 수요량 변동만 고려한 정상데이터를 이용하여 기존 및 개선 WECO 방법을 비교하였다. 최적 임계치 조정자 w값을 결정하기 위해 민감도 분석을 수행하였으며, 다양한 계측시간 간격 데이터(dt = 5, 10, 15분 등)의 영향도 분석하였다. 각 경우 별 탐지성능은 탐지확률, 오경보확률, 평균탐지시간을 계산하여 비교하였다. 본 연구에서는 도출된 결과를 바탕으로 WECO 방법을 실제 상수도관 파열 탐지에 적용하기 위한 가이드라인을 제공한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.5-21
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• 2014

지진시 불포화 도로성토의 붕괴는 지하수 및 강우의 침투에 기인한 함수비의 증가가 그 원인이 됨이 지적되어 왔다. 따라서, 이와 같은 지반재해의 방지를 위한 합리적 보강방안 및 적절한 설계기준의 정립을 위해 불포화 도로성토의 동적안정성 및 변형모드에 대한 함수비의 영향을 연구할 필요가 있다. 본 연구에서는 불포화 도로성토의 변형 및 파괴거동에 대한 함수비의 영향을 연구하기 위해 상이한 함수비를 갖는 도로성토 모형에 대하여 동적 원심모형실험을 진행하였다. 본 실험에서는 도로성토 모형에 대한 동적하중 부가시의 변위, 간극수압 및 가속도의 계측을 통해 최적함수비 부근 및 최적함수비보다 높은 함수비를 갖는 불포화 도로성토에 대한 동적 거동을 고찰하였다. 이와 함께, 화상해석에 의한 변위 및 변형율 분포의 분석을 통하여 최적함수비보다 높은 함수비를 갖는 불포화 도로성토의 변형모드를 구명하였다. 이로부터 사면 천단부의 침하는 천단부 아래에서의 체적압축에 기인하며, 구속압력이 작은 사면 선단부 및 사면 표면부 부근에서는 체적팽창을 동반한 큰 전단변형이 발생함을 확인하였다.