• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.9
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• pp.903-913
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• 2011

A numerical study is carried out to analyze the steady three-dimensional turbulent flow through cylindrical and fan-shaped holes and the film cooling of these holes at low and high blowing ratios. Compressible Reynoldsaveraged Navier-Stokes equations and the energy equation are solved using a finite-volume-based solver, and a shearstress transport model is used as the turbulence closure. The effects of the compound angle, pitch to diameter ratio, and lateral expansion angle of the hole on the film-cooling effectiveness are evaluated by the film-cooling effectiveness. It is observed that the compound angle of the hole enhances the film performance for the cylindrical hole, and a small hole pitch induces interactions between the coolants from the adjacent holes, thus reducing the film-cooling performance.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.40 no.10
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• pp.887-894
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• 2016

The CNG pressure vessel is manufactured by a deep drawing and ironing (D.D.I) process for forming cylinder parts, followed by a spinning process for formation of the dome part. However, studies on the buckling phenomenon of the dome part and formation of the inlet part have not been performed yet, and the CNG pressure vessel is produced by the experience of the field engineers and the trial and error method. In this study, buckling phenomenon during the spinning process was predicted by comparing critical buckling loads obtained through theoretical analysis with axial loads from the FEA, and a method for preventing buckling of the dome part was proposed by employing commercial software (Forge NxT 1.0.2). Also, to form the inlet part, forming loads of the roller at contact point between the roller and the dome part were analyzed according to radii of the dome part, and the inlet part was formed by controlling the radius of the dome part.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.40 no.10
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• pp.865-871
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• 2016

In recent years, traditional scaffold fabrication techniques such as gas foaming, salt leaching, sponge replica, and freeze casting in tissue engineering have significantly limited sufficient mechanical property and cell interaction effect due to only random pores. Fused deposition modeling is the most apposite technology for fabricating the 3D scaffolds using the polymeric materials in tissue engineering application. In this study, 3D slurry mould was fabricated with a blended biphasic calcium phosphate (BCP)/Silica/Alginic acid sodium salt slurry in PCL mould and heated for two hours at $100^{\circ}C$ to harden the blended slurry. 3D dual-pore BCP/Silica scaffold, composed of macro pores interconnected with micro pores, was successfully fabricated by sintering at furnace of $1100^{\circ}C$. Surface morphology and 3D shape of dual-pore BCP/Silica scaffold from scanning electron microscopy were observed. Also, the mechanical properties of 3D BCP/Silica scaffold, according to blending ratio of alginic acid sodium salt, were evaluated through compression test.

• Tunnel and Underground Space
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• v.24 no.4
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• pp.289-296
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• 2014

A simple analytical approach for stability assessment of underground storage caverns against ground uplift of overburden rock above the rock caverns for high pressurized fluid such as compressed air energy storage (CAES) and compressed natural gas (CNG) was developed. In the developed approach, we assumed that failure plane of the overburden is straight upward to ground surface, and factor of safety can be calculated from a limit equilibrium analysis in terms of this cylindrical shape failure model. The frictional resisting force on the failure plane was estimated by Hoek-Brown strength criterion which replaces with Mohr-Coulomb criterion such that both intact rock strength and rock mass conditions can be considered in the current approach. We carried out a parametric sensitivity analysis of strength parameters under various rock mass conditions and demonstrated that the factor of safety againt ground uplift was more sensitive to Mohr-Coulomb strength criterion rather than Hoek-Brown criterion.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.5
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• pp.449-456
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• 2010

The HCCI engine is a prospective internal combustion engine with which high diesel-like efficiencies and very low NOx and particulate emissions can be achieved. However, several technical issues must be resolved before HCCI engines can be used for different applications. One of the issues concerning the HCCI engine is that the operating range of this engine is limited by the rapid pressure rise caused by the release of excessive heat. This heat release is because of the self-accelerated combustion reaction occurring in the engine and the resulting engine knock in the high-load region. The purpose of this study is to evaluate the role of thermal stratification and fuel stratification in reducing the pressure rise rate in an HCCI engine. The concentrations of NOx and CO in the exhaust gas are also evaluated to confirm combustion completeness and NOx emission. The computation is carried out with the help of a multizone code, by using the information on the detailed chemical kinetics and the effect of thermal and fuel stratification on the onset of ignition and rate of combustion. The engine is fueled with dimethyl ether (DME), which allows heat release to occur in two stages, as opposed to methane, which allows for heat release in a single stage.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.25 no.12
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• pp.1702-1710
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• 2001

Supersonic coaxial jets are investigated numerically by using the axisymmetric, Wavier-Stokes equations which are solved using a fully implicit finite volume method. Three different kinds of coaxial nozzles are employed to understand the flow physics involved in the supersonic coaxial jets. Two convergent-divergent supersonic nozzles are designed to have the same Mach number 2.0, and used to compare the coaxial jet flows with those discharging from one constant-area nozzle. The impingement angle of the annular jets are varied. The primary pressure ratio is changed in the range from 2.0 to 10.0 and the assistant jet ratio from 1.0 to 3.0. The results obtained show that the fluctuations of the total pressure and Mach number along the jet axis are much higher in the constant-area nozzle than those in the convergent-divergent nozzles, and the constant-area nozzle lead to higher total pressure losses, compared with the convergent-divergent nozzles. The assistant jets from the annular nozzle affect the coaxial jet flows within the distance less than about ten times the nozzle throat diameter, but beyond it the coaxial jet is conical with self-similar velocity profiles. Increasing both the primary jet pressure ratio and the assistant jet pressure ratio produces a longer coaxial jet core.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.35 no.11
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• pp.1471-1476
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• 2011

The catalytic converter in the front part of an automobile's exhaust system converts toxic exhaust gas into nontoxic gas. The substrate in the central part of the converter has a circular or oval-shaped cross section and fine lattice-shaped walls. In the canning process, the substrate is wrapped in mats and inserted into a can. During this process, mat pressure is induced, which may cause brittle fracturing in the substrate. In this paper, a finite element program for determining the mat pressure distribution was developed to avoid these fractures. The program was created in Microsoft EXCEL, so the input and output procedures are relatively simple. It was assumed that the substrate is rigid, the mat is material nonlinear, and the can is linear elastic. The can is modeled as a beam element to resist both bending and uniform tension/compression. The number of elements is fixed to 35, and the number of iterations, to 20. The solutions are compared to ABAQUS solutions and found to be in good agreement.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.176.1-176.1
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• 2011

세계적으로 석유 기반 자원의 고갈에 따른 부족, 기후변화협약 및 환경규제 강화에 의해 세계적으로 바이오소재를 이용하고자 하는 연구와 더불어 유리강화복합재료의 대체물질로 적합한 천연섬유를 보강재로 사용하는 바이오복합재료의 연구 또한 활발하게 진행되고 있다. 최근 새로운 신재생에너지원으로 각광 받고 있는 바이오에너지 중 해조류는 가장 자연친화적이고 생산력이 뛰어난 바이오매스로 알려져 있다. 해조류는 바닷물 속에 녹아 있는 탄소를 흡수할 뿐만 아니라 광합성을 통해서도 탄소를 흡수하면서 성장하기 때문에 탄소흡수원의 역할을 하게 되며, 해조류 바이오에너지를 생산할 경우 화석연료를 대체하여 지구온난화의 주범인 온실가스를 감축하는 기능을 한다. 본 연구에서는 해조류를 이용한 바이오에너지 생산 공정에서 2차적으로 발생하는 부산물을 보강재로 사용한 바이오복합재료의 제조와 제조된 바이오복합재료의 열적 특성 및 동역학적 특성을 분석하였다. 해조류 부산물의 화학적 전처리에 따른 Thermogravimetric analysis(TGA) 분석 결과로 cellulose 함량이 가장 높고 불순물이 적은 황산 처리한 파래를 이용해 파래/Polypropylene(PP) 바이오복합재료를 다양한 보강비율 (20-50wt%)로 압축성형 하였다. 파래/PP 바이오복합재료의 저장탄성률은 파래 함량이 40wt%일 때 4.0 Gpa으로 최대값을 보였으며 이는 PP 매트릭스와 비교했을 때 약 8.1% 향상된 결과이다. 파래/PP 바이오보합재료의 열팽창 특성은 파래 함량이 증가함에 따라 열팽창계수가 낮아지는 경향으로 50wt%일 때 가장 낮은 값을 나타내었으며 이는 PP 매트릭스와 비교했을 때 약 56% 향상된 결과이다. 따라서 비생분해성 고분자에 새로운 신재생 바이오매스인 해조류를 보강재로 사용하여 열적 특성 및 동역학적 특성이 향상된 친환경적인 바이오복합재료의 제조 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.167-167
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• 2011

한국표준과학연구원에서는 국제표준화기구에서 제정한 국제규격(ISO, PNEUROP, DIN, JIS, AVS 등)에 기반을 둔 터보분자펌프의 특성평가시스템을 자체적으로 설계/제작 하였고, 터보분자펌프 1,000 L/s 급의 Database를 구축하였다. 이것을 토대로 특성평가시스템의 신뢰성 확인과 Feedback을 통한 시제품 개발 및 평가지원을 위해 터보분자펌프 2,500L/s 급의 Database를 구축한다. 터보분자펌프의 배기성능을 나타내는 가장 중요한 항목인 배기속도는 분자류 영역에 따라 상이한 가스($N_2$, He)를 사용하여 Throughput method와 Orifice method 두 가지 방법을 병행하여 측정한다. 측정함에 있어서 측정게이지, 유량계 및 Orifice conductance의 불확도에 의하여 배기 속도에 많은 측정오차를 포함하고 있다. 측정 오차를 줄이기 위하여 1% 이상의 안정성과 4%의 오차만을 허용하는 자전 회전자게이지(SRG)와 $10^{-3}$ mbar-L/s 영역까지의 유량 주입범위를 가지는 불확도 ${\pm}$3%의 정적형 유량시스템(CVFM)을 사용하였다. Orifice method의 경우 고진공영역으로 진입할수록 커질 수밖에 없는 배기속도 측정 불확도를 최소화하기 위해 검증된 유량을 이용한 Conductance 값을 제시하여 두 방법에서 얻은 배기속도의 불연속적인 문제를 해결한다. 본 연구에서는 2,500 L/s 급 터보분자펌프는 무거운 기체 $N_2$와 가벼운 기체 He을 사용하여 압축비의 변화와 분자류 영역에 따른 배기속도 변화를 연구하고, 2,500 L/s 급 터보분자펌프의 측정능력을 검증한다. 차후에 배기속도뿐만 아니라 소비전력, 소음, 진동, 온도 등의 특성평가의 전반적인 사항을 평가하여 터보분자펌프 2,500 L/s 급의 database를 완비해간다. 터보분자펌프 특성평가시스템을 사용한 1,000 L/s 급과 2,500 L/s 급 특성 Data를 비교, 분석하여 신뢰성 파악 및 표준화 방안을 개발하고, 고진공펌프 개발 주체와의 feedback 지원 기능의 infra를 구축한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.88-88
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• 2011

복합분자펌프는 기존의 터보분자펌프 turbine blade에 spiral grooved를 추가하여 초고진공(10-8 Pa)에서 저진공(330Pa)까지 넓은 압력범위에서 사용할 수 있고 이 펌프를 사용함으로서 완전 oil free한 진공시스템을 만들 수 있는 특징을 가지고 있다. 특히, 회전체를 비접촉으로 지지하는 자기베어링 방식을 적용함으로써, 진동은 극히 작고 베어링수명은 길면서 중저진공에 대한 배기속도가 크고 임의의 방향으로 접속이 가능하여 반도체 및 디스플레이 제조 공정과 같은 첨단산업의 다양한 분야에 쉽게 적용되고 있으며, 그 적용 분야와 시장은 계속 성장하고 있다. 고 진공과 배기 속도의 달성을 위해서, 고속으로 이동하는 격면과 기체분자를 충돌시켜, 기체 분자를 원하는 방향으로 유도하는 작동원리를 가지고 있다. 특히 공기분자의 밀도가 매우 낮은 희박가스 상태에서 고속 회전하는 blade로 공기분자를 쳐 내면서 작동됨으로써 날개의 상하 압력차에 의한 공기력보다도 날개의 고속회전이 매우 중요시 되고 압력으로는 10-1 Pa 이하의 분자영역에서 그 성능을 최고로 발휘 할 수 있다. 이러한 복합 펌프의 주요 장점은 다음과 같다. 1. 10-8 Pa (10-10torr)~10 Pa (1 torr) 까지 넓은 영역에서 배기가 가능하다. 2. 탄화수계의 대하여 높은 압축특성을 가지고 있고, 윤활유를 사용하지 않으므로 얻을 수 있는 진공상태가 고청정하다(oil free). 3. 정밀 5축제어 자기베어링으로 완전히 부상하여 회전함으로서 마모가 없고 진동이 최소화하였을 뿐만 아니라, 또한 운전음도 거의 없다. 4. 설치조건에 제한이 없고 고장이 거의 없다. 본 논문에서는 이러한 복합분자펌프의 개발을 위하여, 상기 연구기관에서 수행된 내용을 소개하고 있으며, 펌프 시스템의 기본 설계 및 자기베어링 시스템의 설계 결과 및 수치해석 결과를 나타내었다.