• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2007년도 춘계학술발표회 초록집
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• pp.22-23
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• 2007

3차원 모델이 가능한 전산유체역학에 기초를 둔 유체 플라즈마 모델링 소프트웨어가 플라즈마 장치 개발에 어떤 도움을 줄 수 있을 것인지 고찰하였다. 몇 가지의 유도 결합 플라즈마용 안테나 구조와 유동의 역할, 공간 및 표면 화학반응의 결과에 대한 자동 최적화 계산의 유용성에 대해서 논한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권9호
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• pp.3125-3134
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• 2010

한국에서 삼원촉매 내구성은 1988년에 5년/80,000 km 이지만 2002년 이후로 10년/120,000 km이 요구된다. 국내의 삼원촉매는 배출가스 정화효율이나 압력강하 등이 만족하지만 열적 내구성은 만족시키지 못하고 있다. 삼원촉매는 내부에서 높은 온도를 유지하지만 외부 표면에서는 낮은 온도를 유지한다. 본 연구는 열유동과 구조해석 및 다음과 같은 과정에 의해서 열적 내구성을 평가하였다. 열유동 매개변수 범위는 차량시험과 열유동 해석에 의해 결정하였다. 후면 촉매 온도에 대한 반응 표면은 열유동 매개변수에 대한 실험계획법을 이용해 구성되었다. 차량시험에서 후면 촉매 온도에 대한 열유동 매개변수는 만족도 함수에 의해 예측하였다. 삼원촉매의 온도분포는 예측된 열유동 매개변수에 대한 열유동 해석에 의해 평가하였다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.81-81
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• 2017

본 연구는 전산유체역학(CFD)을 이용하여 트랙터 캐빈 내부의 온도 변화 시뮬레이션 모델을 개발하고 이를 통해 공조장치의 위치를 최적화 하는 것을 목적으로 하였다. 자동차나 열차를 대상으로 시뮬레이션을 이용한 차량 내부의 유동 해석 연구 사례는 많으나, 트랙터를 대상으로 한 연구 사례는 적다. 이에 트랙터의 공조장치를 설계하고 그 성능을 검증할 때 시뮬레이션 모델을 활용한다면, 인력, 시간 등의 손실을 줄일 수 있을 것이다. 본 연구에서는 상용 CFD 프로그램을 활용하여 공조 장치의 위치에 따른 세 가지 트랙터 캐빈 모델을 제작한 뒤, 각각의 모델에 대해서 열 유동 해석을 수행하였다. 시뮬레이션 결과가 실제 트랙터의 시험 결과와 비슷한 경향을 보이고 있음을 확인할 수 있었으며 이를 통해 모델의 적합성을 확인하였다. 또한 세 가지의 캐빈 모델 중 탑승자에게 가장 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 모델은 기존의 국내 트랙터와 같은 천정부에 공조 장치가 있는 것이 아니라, 핸들이 있는 전면부에 위치하는 것이 가장 적합하다는 것을 확인할 수 있었다

• 청정기술
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• 제23권1호
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• pp.42-53
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• 2017

탈질과 탈황을 동시에 수행하는 과산화수소($H_2O_2$) 수용액 세정탑의 반응효율을 증가시키기 위해 예혼합이 이루어지는 혼합 냉각기(mixing quencher) 영역 내부의 유체유동에 대한 수치해석이 수행되었다. 산업공정에서 상용화되고 있는 세정탑 전단부의 혼합냉각기에서 과산화수소 수용액이 주입되는 노즐의 분사방식은 배기가스와 과산화수소 수용액의 혼합에 중요한 역할을 하며, 혼합냉각기에서의 혼합도는 세정탑 의 효율을 결정하는 중요 요소가 된다. 본 연구에서는 혼합냉각기 내부유체의 농도분포 개선을 목적으로 하여 혼합냉각기 내의 노즐 관의 배열을 조절하거나 노즐 팁 각도를 변경하며 유체혼합을 최적화하였다. 전산해석은 이 냉각기영역의 내부유동 및 각 유체 농도에 대한 RMS (root mean square) 값을 계산하여 내부유체의 혼합도의 개선을 확인하였다. 세부적으로는 노즐 관의 위치를 조절할 때 변경되는 냉각기 영역 후단의 농도 RMS 값을 확인하여 난류형성위치에 따른 최적화된 혼합도를 확인하였으며 기본형상 대비 난류형성방향을 조절하는 목적의 노즐 팁 각도를 증감하여 농도분포의 균질화를 비교하였다. 노즐 관의 배열에 따라 난류형성위치와 그에 따른 유체혼합이 해석되었다. 또한 노즐 팁 각도를 조절하는 경우에는 유동방향과의 각도에 따라, 흐름이 병류와 향류에 따라 혼합도의 최적화를 확인할 수 있었다. 노즐 관의 위치는 0.3 m, 노즐 팁은 병류의 $15^{\circ}$일 때 최적의 조건을 가지며 가장 낮은 RMS 값인 12.4%를 가졌다.

• 청정기술
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• 제25권4호
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• pp.324-330
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• 2019

선택적 촉매환원법은 산업 설비에서 분사되는 배기가스의 탈질 과정에 유용한 방법이다. 촉매 층 입구에서의 암모니아-질소산화물의 혼합비 분포는 탈질 과정에서 중요하다. 본 연구에서는 전산해석 기법을 이용하여 탈질설비의 입구 배기가스 내 질소산화물의 유동 분포에 따른 암모니아 분사 노즐의 유량을 조절하여 NH₃/NO 몰 비의 균일도를 개선하였다. 출구 X/H = 3 지점에서의 몰 비에 의한 평균제곱근오차 값을 최적화 변수로 선정하였고 실험계획법을 기반 한 최적화 알고리즘을 도입하였다. 균일, 포물선, 상향 솔림, 임의 등 4가지 입구 유동 형태에 대해 8개의 분사 노즐의 암모니아 분사 유량을 도출하였다. 정상상태의 비압축성 점성 이차원 유동장 해석을 위해 상용 소프트웨어인 ANSYS-FLUENT에 k-𝜖 난류모델을 적용하였다. 본 해석의 결과, 입구 배기가스의 유동 형태 별로 9.58%에서 80.0% 의 몰 비 개선 효과를 나타내었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.443-449
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• 2017

최근 국내 도시철도 지하역사에는 승강장 안전문의 설치로 인한 승강장의 급 배기 불균형이 일어나며, 이러한 불균형은 승강장 내 오염물질 축적과 환기부족에 의한 쾌적성 저하를 일으키는 원인이 된다. 본 연구에서는 시뮬레이션 유동해석 프로그램을 이용하여 지하역사 바닥배기 시스템의 최적화 설계를 하고, 제작된 바닥배기 시스템의 미세먼지 제거 성능을 실험으로 검증하였다. 바닥배기 시스템의 시뮬레이션 유동해석은 CFX 17.0 프로그램을 이용하였으며, HEEDS를 최적화 소프트웨어로 적용하였다. 3차에 걸쳐 이루어진 최적화 결과, 약 430 Pa의 차압과 61%의 미세먼지 제거 성능을 갖는 전체높이 1.78 m의 바닥배기 시스템이 도출되었다. 최적화 설계에 따라 실규모로 제작된 바닥배기 시스템을 이용하여 미세먼지 집진 성능 실험을 실시하였으며, 약 65%의 집진효율을 보임으로써 수치해석을 통해 도출된 최적설계 결과와 유사한 수준임을 검증하였다. 결과적으로 최적화 프로그램을 활용한 바닥배기 시스템의 설계가 급배기 불균형을 갖고 있는 지하역사 승강장에 적용 가능함을 확인하였으며, 설계된 바닥배기 시스템이 공간상의 제약으로 추가적인 배기설비 설치가 어려운 기존 지하 역사에서 배기개선 및 미세먼지 제거에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권2호
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• pp.179-184
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• 2010

스트레이트 휜 히트 싱크가 장착된 공간에 팁 클리어런스(tip clearance)와 바이패스 유동이 열성능에 미치는 영향을 실험적으로 규명하고자 한다. 수평 및 수직 방향으로의 바이패스 유동에 의한 열성능 평가는 열식 질량 유량계(MFC)와 소형 풍동으로 이루어진다. 팁 클리어런스와 바이패스 유동에 의한 히트 싱크의 열성능은 열저항을 통하여 평가한다. 실험 결과, 스트레이트 휜 히트 싱크의 열저항은 팁 클리어런스가 증가함에 따라 점진적으로 증가하며, 유동 가이드 장치는 바이패스 유동을 감소하는 역할을 한다. 본 연구에서는 동일 유량 조건에서 히트 싱크의 입구에서 유동 가이드 장치까지의 거리에 따라 스트레이트 휜 히트 싱크의 최적값이 존재함을 확인하였다. 히트 싱크로 유입되는 유량이 증가함에 따라 유동 가이드 장치에 의한 열성능 개선 정도는 증가한다.

• 에너지공학
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• 제22권4호
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• pp.399-405
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• 2013

엔진 실린더 내부의 난류유동 특성은 내연기관의 열효율을 결정하는 매우 중요한 역할을 한다. 실린더 내 난류유동은 복잡한 3차원 유동으로 유동특성에 대한 자세한 정보는 엔진설계의 최적화를 위해 필수적이다. 균일 예혼합 압축착화(HCCI) 엔진은 가솔린과 디젤엔진 사이의 하이브리드 연소개념이다. 실린더 내 기체의 난류유동은 운동량과 열의 혼합 및 전달률을 증가시키므로 벽면에서의 열전달에 관여하여 HCCI 연소 과정에 중요한 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 연소실 형상에 따른 연소실 내의 기체 난류유동을 LES 모델을 사용한 전산수치해석을 통해 분석하여 HCCI 엔진 연소과정에 미치는 영향을 확인하였고 연구결과는 HCCI 엔진에서 연소실 형상에 따른 연소 특성과 엔진 성능을 개선하기 위한 기본적인 지침에 활용될 수 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권4호
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• pp.323-329
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• 2013

본 연구에서는 나뭇잎 그물맥 구조를 시뮬레이션하기 위해 잎 그물맥을 상 하 보강 박막판과 비압축성 유체가 흐르는 중간층 구조로 모델링하여 다중물리 현상으로 간주하고, 위상 최적화법을 다중물리 설계영역에 적용하였다. Mindlin-Reissner 판 모델에 기인한 횡방향 전단잠금 문제를 해결하기 위해 P1 비적합 요소와 선택 감소 적분법을 이용하였다. 다시-스토크스 유체 유동 채널에 대해 최적설계법을 적용하여 유동 시스템의 다중물리 모델을 해석하였으며, 잎의 그물맥 시뮬레이션을 수행하였다. 계산된 최적형상을 잎의 자연 그물 맥 패턴과 비교하였으며 비슷한 형상을 얻었다. 이와 같은 학제간 연구를 통해 나무 잎 그물맥 시스템을 이해할 수 있는 계기가 될 것으로 사료된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권11호
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• pp.913-918
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• 2016

자동차 엔진과 변속기 블록 등의 가공과정에서 잔류하는 기름때를 제거하기 위한 부품 세척장비는 정교한 제어장치 없이도 정확한 수류방향 절환이 원활히 이루지는 3 방향 절환밸브를 사용한다. 그러나, 밸브의 복잡한 유로 및 바텀플러그 형상으로 인해 유속변화가 심하게 발생하여 공동현상이 나타날 수 있다. 본 연구에서는 3 방향 절환밸브 내의 유동특성을 해석적으로 평가하였으며, 바텀플러그 하부에서 나타나는 공동현상을 공동화지표와 POC(Percent of cavitation)를 도입하여 정량화하였다. 공동현상의 저감을 위해 바텀플러그 형상을 매개변수화하고, 해석의 수렴성 개선과 해석시간을 단축시킬 수 있는 단순 유한요소모델을 이용하여 유동해석을 통한 형상최적설계를 실시하였다. 또한, 연구팀에서 보유하고 있는 유동시험설비와 ISA-RP75.23 규격에 맞게 제작된 시편을 이용하여 공동현상 가시화 실험을 실시하여 해석결과를 검증하였다.