• 터널과지하공간
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• 제25권2호
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• pp.155-167
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• 2015

본 연구에서는 TOUGH2-FLAC3D 연계해석기법을 이용하여 암반공동에 고온의 열에너지를 30년간 저장하는 경우 주변 암반에 야기되는 열-수리-역학적 연계거동을 살펴보았다. 열에너지저장에 따른 암반의 거동 특성 및 환경 영향을 예측하고 이에 대한 제어기준을 수립하기 위한 기초 연구로서, 저장소 주변 암반에서 발생하는 열-수리 흐름과 역학적 거동의 상호작용에 대하여 검토하였다. 기본해석으로서 결정질 암반 내 원통형 공동에$350^{\circ}C$의 대용량 열에너지를 저장하는 경우를 모델링하였으며, 열에너지저장소의 단열성능은 고려하지 않았다. 암반 내 열전달의 주요 메카니즘은 암반의 전도에 의한 것으로 판단되며, 암반의 역학적 거동은 수리적 요소보다는 열적 요소에 지배적인 영향을 받는 것으로 나타났다. 암반과 지하수 가열에 따른 유효응력 재분포 양상과 열팽창으로 인한 암반 변위 및 지표 융기를 검토하였으며, 주변 암반에서의 전단파괴 위험도를 정량적인 수치를 통해 제시하였다. 암반 가열에 따른 열팽창으로 인하여 지표면에서 수 cm의 융기가 발생하였으며, 저장공동 상부에 인장응력이 크게 발달하면서 전단파괴의 위험도가 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
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• pp.244-245
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• 2003

고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.

• 터널과지하공간
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• 제11권3호
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• pp.257-269
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• 2001

지하 500 m의 화강암반내 단층지역에 위치한 지하 방사성폐기물 처분장의 구조거동을 이해하기 위하여 수치 해석을 수행하였다. 해석에는 2차원 해석코드인 UDEC을 사용하였다. 해석모델은 화강암반, 처분공내의 압축 벤토나이트로 둘러싸인 PWR 사용후 핵연료 처분용기 및 처분동굴내에 채워진 혼합 벤토나이트를 포함한다. 한 개의 단층이 처분동굴의 지붕과 벽이 만나는 지점을 33, 45, 및 $58^{\circ}$의 각도로 관통하는 세가지 다른 경우게 대한 구조거동을 비교, 분석하였다. 그리고 $45^{\circ}$단층의 경우에 대해서는 수리역학적, 열역학적, 및 열수리역학적 상호작용 거동을 해석하고 비교, 분석하였다. PWR 사용후 핵연료내의 방사성 물질로부터 나오는 시간의존 방사성 붕괴열에 의한 영향을 해석하였다. 지하수위는 지표면 아래 10 m로 가정하였고, 지하수해석은 정류 알고리즘을 사용하였다.

• 터널과지하공간
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• 제16권3호
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• pp.241-250
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• 2006

LNG지하저장 핵심기술 중 하나인 ice ring 형성을 열-수리 역학 해석을 통해 분석하였다. ice ring은 극저온물질의 누출에 대한 이차방벽 역할과 지하수의 저장공동 침투에 대한 일차방벽역할을 수행한다. 따라서 ice ring의 두께와 위치는 콘크리트와 PU foam 및 멤브레인으로 구성된 일차방호재의 무결성 유지에 있어서 핵심인자가 된다. 수치해석을 통해 이러한 ice ring의 위치와 두께를 추정하였으며 온도와 지하수위 결과를 계측치와 비교하였다. 수치해석결과는 PU foam 열전도도의 온도의존성과 지하수의 상변화를 고려한 경우 파일럿 공동에서 측정한 계측치와 잘 일치하였다. 본 논문에서 제시한 수치해석 기법은 실규모 저장시설의 설계에 있어서 ice ring 형성을 모델링하는 데에 바로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권5호
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• pp.679-686
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• 2019

수용액으로부터 활성탄에 대한 아닐린 블루의 흡착 평형, 동역학 및 열역학적 특성을 초기농도, 접촉시간과 온도를 흡착변수로 하여 조사하였다. 아닐린 블루의 등온흡착은 Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson, Temkin 및 Dubinin-Radushkevich 모델을 통해 해석하였다. Langmuir 모델이 다른 모델들 보다 등온 데이터에 더 잘 맞았다. 평가된 Langmuir 분리계수($R_L=0.036{\sim}0.068$)는 활성탄에 의한 아닐린 블루의 흡착 공정이 효과적인 처리방법이 될 수 있음을 나타냈다. 흡착속도상수는 유사일차속도 모델, 유사이차속도 모델 및 입자내 확산 모델에 적용하여 구하였다. 활성탄에 대한 아닐린 블루의 흡착속도실험 결과는 유사이차 반응속도식에 잘 따랐다. 흡착 메카니즘은 입자내 확산 모델에 의해 경막 확산과 입자내 확산의 두 단계로 평가되었다. 흡착공정에 대한 깁스 자유에너지, 엔탈피 및 엔트로피 변화와 같은 열역학 파라미터들이 평가되었다. 엔탈피 변화(48.49 kJ/mol)은 흡착공정이 물리흡착이고 흡열반응임을 알려주었다. 깁스 자유 에너지는 온도가 올라갈수록 감소하였기 때문에 흡착반응은 온도가 올라갈수록 자발성이 더 높아졌다. 등량흡착열은 흡착제 표면의 에너지 불균일성 때문에 흡착제와 흡착질 사이에 상호작용이 있음을 나타내었다.

• 터널과지하공간
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• 제7권1호
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• pp.13-19
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• 1997

It is necessary to study on thermo-hydro-mechanical effect at rock mass performing project such as radiowaste disposal in deep rock mass. In this study, thermo-hydro-mechanical coupling analysis which is considered interaction and the variation of rock properties induced by temperature increase was performed for the circular shaft when appling temperature of 20$0^{\circ}C$ at the shaft wall. The shaft is diameter of 2 m and under hydrostatic stress of 5 MPa. In the cases, thermal expansion by temperature increase progress from the wall to outward and thermal expansion could induce tensile stress over the tensile strength of rock mass at the wall. When rock properties were given as a function of temperature, thermal expansion increased, tensile stress zone expanded. Lately, water flow is activated by increase of permeability and decrease of viscosity.

• 터널과지하공간
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• 제8권1호
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• pp.17-25
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• 1998

This paper investigates coupled thermal, mechanical and hydraulic phenomena in deep rock mass especially for underground heat storage system. Firstly, concepts of underground heat storage were presented and coupling phenomena in this area were illustrated. In order to understand the basic mechanism of thermal, hydraulic and deformation behavior in rock cavern disturbed by thermal gradient about 10$0^{\circ}C$, various numerical experiments were conducted using several codes. The study involves the behavior of fractured rock mass including rock joint. In spite of the limitation of codes modelling fully coupled effects, these codes could be applied in analysis of underground heat storage. The heat loss in rock mass, which is a major factor in heat storage, is insignificant in all results.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권3호
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• pp.363-369
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• 2012

CANDU형 원전의 칼란드리아 내부 감속재 열유동은 입구 노즐에서 나온 제트 유동에 의해 발생하는 관성력과 감속재로 전달되는 열부하에 의해 발생하는 부력의 상호작용으로 인해 복잡한 난류 특성을 나타낸다. 본 연구에서는 이러한 복잡한 감속재 열유동을 정확히 예측하기 위한 난류모델의 성능을 평가하기 위해 상용 유동해석 프로그램인 FLUENT에 탑재된 난류모델들을 사용해서 계산한 결과를 Sheridan Park Engineering Laboratory (SPEL)의 실험값과 비교하였다. 결론적으로 CANDU형 원전의 칼란드리아 내부 감속재 열유동을 신뢰할 수 있게 예측하기 위해서는 부력이 난류 유동에 미치는 영향을 고려해주는 생성항을 포함한 난류 모델이 사용되어야 한다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권2호
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• pp.48-59
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• 2017

본 연구에서는 수치모사를 통해 탄의 사출관 내부의 열 유체역학적 분석과 탄의 운동성능 해석을 수행하였다. 동적 격자(dynamic grid)를 사용한 해석영역에서 계산이 진행되었고 증발이 완료된 물을 냉각제로 사용하였다. 고온의 공기와 냉각제간의 상호작용 및 유동장을 해석하기 위해, Realizable $k-{\varepsilon}$ 난류 모델과 VOF (Volume Of Fluid) 모델을 선정하고 냉각제 유량변이에 따른 수치 해석을 진행하였다. 해석결과, 사출관의 압력은 냉각제의 유무에 따라 큰 차이를 보였고, 냉각제량에 따라서도 각각의 차이를 보였다. 탄의 속도와 가속도의 변이는 압력에 종속하여 나타났다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권1호
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• pp.72-83
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• 2017

본 연구에서는 유도탄 사출관 내부의 수치모사를 통해 이상 유동에 대한 열 유체역학적 분석을 수행하였다. 고정된 해석영역에서 계산이 진행되었고 증발이 완료된 물을 냉각제로 사용하였다. 고온의 공기와 냉각제간의 상호작용 및 유동장을 해석하기 위해, Realizable $k-{\varepsilon}$ 난류 모델과 VOF (Volume Of Fluid) 모델을 선정하고 냉각제 유량에 따른 수치 해석을 진행하였다. 해석결과, 사출관 상부 압력은 냉각제 유량에 따라 비선형적으로 증가하였다. 그리고 내부에서의 유동 진행 과정과 온도분포, 냉각제분포가 밀접한 연관이 있음을 확인하였다. 사출관 하부의 초기 온도는 냉각제량의 증가에 비례하여 감소하지만, 특정시간 이후 경향이 역전되면서 오히려 온도의 상승을 유발하였다. 또한, 혼합가스의 순환유동에 의해 초기의 온도변화가 요동하는 경향도 확인되었다.