본 연구에서는 저마하수 예조건화 기법이 적용된 기존 압축성 해석자의 해석 범위를 최소한의 수정으로 비압축성 유동해석이 가능하도록 확장하는 전략을 제시하였다. 이를 위해 압축성 총 에너지 방정식과 동일한 형태의 에너지 방정식을 사용하였다. 이러한 에너지 방정식은 비압축성 지배방정식인 연속방정식, 열에너지 방정식과 역학적 에너지방정식의 선형 조합을 통해 얻어진다. 이렇듯 압축성 방정식과 동일한 형태를 갖는 비압축성 지배방정식에 시간 전진 기법을 적용하기 위해 Turkel의 가상 압축성 기법을 적용하였다. 또한 Roe 평균이 공통의 압축성/비압축성 지배방정식에서 모두 유효함을 보였다. 압축성 해석자에 위 내용을 적용하여 비압축성 해석이 가능하도록 확장하는 과정은 본래의 압축성 해석자를 이용한 압축성 해석에 아무런 영향이 없다. 확장된 해석자를 통한 비압축성 해석 검증을 위해 비점성, 층류 그리고 난류 유동에 대한 순차적 해석을 수행하였다.
천문학적 유체는 강하게 자화되어 있는 경우가 많은데, 이러한 강한 자기장을 얻는 한 방법이 난류에 의한 자기장의 증폭이다. 플라즈마 효과나 기타의 이유로 약한 씨앗 자기장이 유체에 생길 경우, 난류는 이 씨앗 자기장을 매우 효과적으로 증폭시킬 수가 있다. 이 과정을 난류 다이너모라 하는데, 난류 다이너모는 주로 비압축성 난류 구동력을 사용하여 연구해 오고 있다. 비압축성 구동력을 사용할 때의 난류 다이너모 과정은 비교적 잘 규명되어 있다. 기존의 연구 결과에 의하면, 자기장의 세기는 지수 함수적 성장을 거친 후 선형적 성장 단계를 겪는다. 이후, 자기장의 에너지 밀도가 난류의 에너지 밀도와 비슷해지면 자기장은 더 이상 성장하지 못하고 포화 상태에 접어든다. 결론적으로 난류는 자기장이 동력학적으로 중요한 수준까지 증폭을 시킬 수 있다. 압축성 난류 구동력을 사용한 난류 다이너모 연구도 일부 존재하는데, 기존의 연구 결과에 의하면 다이너모 효과가 비압축성 구동력의 경우보다 비효율적이다. 본 연구에서는 압축성 구동력을 사용하여 난류 다이너모를 체계적으로 연구하였다. 특히 압축성 구동력과 비압축성 구동력이 난류 다이너모 효과에 어떤 차이를 주는지 체계적으로 비교하였다.
원자력시설을 운영함에 있어 방사성폐기물의 발생은 필연적이며, 형상 또한 다양하게 발생 되고 있으며 압축성 폐기물의 처리방법으로는 국내 전원자력발전소는 일반적인 압축기의 원리를 이용하여 체적을 감용(Reduction)처리 하고 있으나 폐기물에 의한 탄성(Back-Spring), 폐기물 사이의 공간(Void-Space)등으로 감용을 크게 충족시키기 어려운 현실이다. 본 연구에서는 다양한 형태의 방서성폐기물을 진공압축 팩(Vacuum Shrink-Pack)에 수용 후 진공을 걸어 폐기물고유의 부피를 감용($50{\sim}80%$) 처리 후 압축시(저압 압축기) 도출된 미비점을 토대로 감용비가 크게 향상된 진공 압축기를 개발하기위한 실증 실험을 소개하고자한다.
본 연구에서는 기본적인 배관요소 중의 하나인 급축소/확대관을 지나는 압축성 유동을 해석하기 위하여 압축성 유체에 대한 이론계산을 수행하였다. 관 입구에서 유동의 마하수, 단면적 축소 및 확대비 등을 변화시켜, 압축성 효과 및 유동의 초우킹 조건 등을 구하였다. 본 연구의 결과들은 배관계를 설계하는데 기초자료가 될 뿐만 아니라 배관계를 지나는 압축성 유동에 대한 실용적인 계산법으로 활용될 수 있다.
습공기에 포함된 수증기가 상(Phase)변화를 일으킬 때 잠열이 발생하고 이 잠열은 익형 주위의 압축성 유동 상태량들을 변화시키므로, 이러한 열 증가가 유동에 끼치는 영향에 대하여 수치해석을 통하여 연구 수행하였다. 수치해석은 Rusak 과 Lee [1]가 최근에 연구 수행한 미교란 방법(small-disturbance approach)에 근거하여 이루어졌다. 고전적 핵 생성 모델과 작은 물방울 성장(droplet growth)모델을 이용한 이 방법에서는 비평형 균질 응축과정에서 일어나는 열 방출을 묘사한다. 응축에 의한 열전달, 압축성 유동의 운동에너지, 그리고 유동의 열적 상태량들 사이에서 일어나는 비선형 상호영향을 조사하고, 또한 주어진 문제를 지배가호 있는 상사 파라미터들을 제시하였다. 계산 결과들은 Euler 방정식을 사용하여 얻은 선행 수치계산들과 비교하여 잘 일치됨을 보였다. 상사법칙은 유동 동역학과 응축 상태량들이 상당히 비슷하게 거동하는 다양한 유동 형태들을 제안한다. 압축성 습공기 유동은 유체기계에 사용되는 익형들의 공력 성능을 증가시키는데 응용될 수 있다.
오일러나 Navier-Stokes방정식을 통한 터빈 캐스케이드 유동 해석은 비교적 정확한 해를 구할 수 있으나 많은 계산 시간을 필요로 한다. 비점성, 비압축성 유동에 적용이 가능한 패널법은 빠르고 합리적인 유동 정보를 얻을수 있지만 고속 유동의 경우 압축성 보정이 반드시 이뤄져야한다. 본 논문에서는 압축성이 보정된 패널법을 이용하여 터빈 블레이드 표면의 속도 분포를 계산하였다. 그 결과, 압축성이 보정된 패널법의 결과는 실험이나 유한 체적법에 의해 계산된 결과와 잘 일치하였다.
저속의 압축성 유동장에서의 원형 실린더 주위의 유동 및 열전달특성을 해석하였다. 비압축성 유동장에서의 실린더 주위의 유동 및 열전달현상에 대하여는 실험과 수치해석을 포함한 광범위한 연구가 진행되어 왔으며 매우 잘 알려져 있다. 실린더 벽면과 주위 유동장의 온도차가 큰 경우, 밀도의 변화가 커지므로 유동장은 압축성 유체가 되나 지배 방정식의 복잡함과 적절한 수치해석 방법의 부족으로 실린더 주위의 유동장을 압축성유체로 해석한 경우는 매우 드물다. 현재 압축성유동 해석에 널리 사용되는 time marching algorithm은 저속의 유동장 해석시 지배방정식에 나타나는 eigenvalue들의 괴리에 의하여 수렴속도가 현저히 떨어지게 된다. 본 연구에서는 이와 같은 난점을 극복할 수 있는 time-derivative preconditioning 방법을 사용하여 온도차가 큰 유동장에서의 강제 및 혼합대류에 대한 계산을 수행하였고 이들의 열전달특성을 비교하였다. 강제대류의 경우 실린더 벽면 온도의 증가에 따른 밀도 감소의 영향은 유동장의 Re수를 감소시켜 확산의 영향을 증가시키면서, 혼합대류의 경우 부력의 영향은 가열되는 유동장의 범위와 재순환 영역을 강제대류에 비해 현저히 감소시킨다.
전분 완충재의 물리적, 기계적 특성을 개선하기 위한 노력들이 많이 이루어지고 있지만 기존의 플라스틱 완충재와 비교하면 더 많은 노력이 요구되어진다. 그래서 본 연구에서는 전분 완충재의 물리적 기계적 특성에 대한 유연제(plasticizers)와 첨가제(additives)의 영향을 규명하였다. 전분과 합성수지 그리고 여러 유연제 또는 첨가제를 혼합한 뒤 Brabender사의 일축 압출기를 이용하여 여러 축속도(60~120 rpm)에서 압출 가공한 후 물리적, 기계적 특성을 조사하였다. 전분 완충재의 밀도(bulk density)와 압축성(bulk compressibility)은 혼합물에서 물의 비율이 증가함에 따라 증가하였지만, 복원성(bulk resiliency)은 조금 감소하였다. 측정되어진 전분 완충재의 특성은 변형전분(hydroxypropylated starch)의 사용으로 향상되었다. 또한, glycerol, glycerol monostearate 그리고 alkylglucosides의 첨가도 전분 완충재의 밀도와 압축성을 증가시켰다. 염화철(II) 0.5%을 포함한 전분 완충재는 첨가제를 포함하지 않은 전분 완충재에 비하여 밀도 42%와 압축성 58%가 각각 감소한 반면, 복원성은 13%포인트 증가하였다. 변형전분과 염화철(II)이 첨가된 전분 완충재는 기존의 플라스틱 완충재에 비하여 밀도와 압축성은 떨어지지만, 대체 사용되어질 수 있는 것으로 판단되었다.
최근 우리나라는 인구감소 문제를 겪으며 기존의 외연적 확산을 지향하는 개발방식은 주택, 기반시설의 공급과잉, 부동산 방치 등의 다양한 도시문제를 발생시키고 있다. 이를 최소화할 수 있는 해결책으로 도시기능을 주요 거점에 모으는 압축적이고 고밀의 공간구조로의 전환이 촉구되고 있다. 그러나 단순 물리적 압축이 아닌 오늘날의 인구구조 변화, 산업구조의 변화 등에 따른 기능적 연계성 및 연결성을 고려한 압축도시가 필요하다. 이러한 관점에서 본 연구는 저출산, 고령화, 인구감소 등으로 인하여 소멸위기를 겪고 있는 국내 소멸위험도시들의 압축성을 측정하고 공간구조적 특성을 살펴보았다. 기존 연구들에서 사용되었던 압축성 평가지표와 더불어 공간구문론을 활용한 연결성 지표를 포함하여 6개의 지표(인구, 토지이용, 생활서비스 접근성, 교통 접근성, 연결성, 집중성)의 압축성을 비교·분석하고, 종합적인 압축지수를 산정하였다. 분석결과, 종합 압축지수 기준 1등급 지역이 2.3%, 2등급 지역이 4.6%, 3등급 지역이 16.09%, 4등급 지역이 43.68%, 5등급 지역이 33.33%로 분류되어 전반적 압축도는 낮은 것으로 나타났다. 이때 압축지수에 영향을 미치는 도시특성이 지역에 따라 다르므로 각 지역의 압축지표별 영향력을 고려하여 소멸위험 대책과 공간정책을 수립할 필요가 있다. 본 연구는 공간구문론을 활용하여 연결성을 측정하였으며, 소멸위험도시들의 압축도를 정량적으로 비교·분석하였다는 점에서 의미가 크며, 소멸위험도시의 공간전략 수립에 중요한 자료로 활용되기를 기대한다.
초음속 수축-확대 사각 노즐 내 강한 유동 박리를 동반한 초음속 유동에 적합한 난류 모델과 압축성 보정 모델을 평가하였다. 난류 모델로는 Yang과 Shih의 Low-Re $k-{\varepsilon}$ 모델, Menter의 $k-{\omega}$ SST모델, Wilcox의 $k-{\omega}$ 모델을 평가하였다. 압축성 효과를 보다 정확하게 예측하기 위하여 각각의 난류 모델에 Sarkar와 Wilcox의 압축성 보정 모델을 적용하였다. 각 난류 모델과 압축성 보정 모델의 결과는 실험 데이터와 비교하여 분석을 하였다. 난류 모델에 따라 충격파의 위치와 압력 회복률이 다르게 나타났으나 압축성 보정을 통해 더욱 개선된 결과를 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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