• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1998.04a
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• pp.10-10
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• 1998

본 연구에서는 제트 추진 기관의 터빈 익렬에서의 유동과 대기 중에 부유되어 있는 입자 또는 연소 생성물들이 제트엔진 내부로 유입될 경우 이에 따른 압축기 및 터빈 날개의 마모 및 충돌 부위를 예측하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 일반적으로 각종 항공기의 추진 기관용 가스 터빈 엔진은 대기중에 부유되어 있는 각종 입자들의 영향을 받게 된다. 특히, 확산 지역을 통과하는 항공기나 먼지 입자 부유물이 많은 공업지대 또는 사막지역을 비행하는 항공기의 경우는 모래 알갱이, 먼지 및 연소 입자의 직접적인 영향을 받아 각 요소들에 심각한 부식 및 마모가 발생됨으로써 성능 저하 및 냉각 통로의 막힘, 압축기와 터빈 날개의 손상 등이 예측되어진다. 특히 항공기용 추진 기관은 엔진 입구에 유입 공기를 정화하기 위한 여과장치의 설치가 불가능하며, 자동차용 가스터빈 엔진의 경우는 여과 장치를 부착하여도 미세한 입자들이 여과 장치에 여과되지 않고 엔진 내부로 침투하게 되므로 치명적인 손상이 예상된다. 이러한 손상들은 초기에는 미세하게 발생하지만, 손상 정도가 점점 누적됨에 따라서 항공기의 안전 운전에 심각한 위험 요소로서 작용할 수 있으며, 경제적으로도 기관의 유지 보수비용의 증가를 가져올 수 있다. 따라서 압축기에 화산재 또는 대기중에 부유되어 있는 금속 입자나 먼지입자 등이 유입되었을 경우, 압축기 날개의 손상 부위와 정도를 예측하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Lagangian방법을 적용하여 압축기 날개위의 부유 입자 충돌 부위를 예측하고, 설계 시 이를 보완할 수 있는 기준을 제시하였다. 아울러 설계 입구각과 크게 벗어난 유동의 유입시에 발생되는 박리 현상과 이에 따른 입자의 유동 및 날개의 입자 접착 부위를 예측하였다. 본 연구에서는 여러 크기의 입자(다양한 Stokes 수)들을 주어진 속도에서 유선을 따라 압축기 입구에서 압축기 유로로 여러 위치에서 부유 시켜서 그 입자들의 궤적 및 충돌, 점착 위지를 고찰하고, 정량적인 충돌량을 해석하기 위하여 입자 충돌 계수를 정의하여 압축기 날개 표면의 충돌특성을 알아보았다. 이러한 예측을 통하여 압축기 날개 표면의 충돌 부위를 예측하고, 날개의 표면을 코팅하는 등 보호 개선책을 제시할 수 있고, 연소의 반응물 입자가 터빈 날개에 충돌하여 발생되는 날개 표면의 파손, 냉각 홀의 막임, 연소 입자의 점착 부위 등을 예측하여 보완책을 준비할 수 있도록 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.281-281
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• 2022

바닥에서 생성되는 난류는 순간적으로 강한 모멘텀을 바닥에 전달함과 동시에 바닥에 있는 입자를 움직이게 한다. 경계층 내 난류 운동에 대한 분석은 다양한 유사 이송 문제를 이해하기 위해 필수적이며 이에 따라 많은 선행 연구들은 실험실 실험을 통해 해당 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 선행 연구에서 사용하지 못했던 진보된 실험 방법을 활용하여 바닥 경계층 내의 난류 운동에 대해 확인하고 해당 운동에 의해 관성 입자의 움직임이 어떻게 발생하는지에 대하여 물리적으로 설명하고자 한다. 다양한 흐름 조건에서 3가지의 입경 크기를 가지는 모래 입자를 가지고 실험을 수행하였으며, 실험 조건별 고해상도 유속장 및 관성 입자의 움직임은 3차원 입자 영상 유속계 (Particle Image Velocimetry; 이하 PIV)와 입자 추적 유속계 (Particle Tracking Velocimetry; 이하 PTV)를 동시에 적용하여 파악하였다. 취득된 3차원 유속장과 입자 궤적을 기반으로 실험 조건별 흐름 및 입자 거동 특성에 대해 분석하였으며, 관성 입자의 움직임을 발생시키는 3차원 난류 운동은 측정된 유속장에서 산정한 Q-criterion 값을 기반으로 도식화하였다. 측정값 내에는 난류 운동에 대한 정보와 더불어 잡음이 포함되어 있으므로 이를 제거하고자 적합 직교 분해 (Proper Orthogonal Decomposition; 이하 POD) 방법을 적용하였다. 그리고 POD로 추출한 유속장을 통해 바닥면 부근에 존재하는 헤어핀 와류 운동 혹은 와류 묶음과 같은 난류 고유 구조를 파악하였다. 해당 와류 운동들의 3차원 난류 특성을 확인하고자 비등방성 불변 지도(anisotropy invariant map)를 활용하였으며 경계층 내부에서 난류의 형태가 흐름 방향으로 늘어진 럭비공 형태임을 확인하였다. 마지막으로, 입자의 움직임을 발생시키는 난류 이벤트를 결정하고자 사방구 분석 (Quadrant analysis) 기법을 적용하였으며 흐름 조건별로 입자를 움직이게 하는 난류 이벤트는 달라짐을 확인하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.22 no.11
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• pp.1499-1508
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• 1998

A numerical study is performed to investigate pressure drops, particle trajectories and erosion around orifice plates in pulverized coal pipe lines. Particle impaction rates change significantly with orifice shapes and Stokes numbers. At Reynolds number of $5{\times}10^5$, the pulverized coal flows well with streamlines and do not collide at the orifice plates at small sizes (${\sim}20{\mu}m$). However, the large particles (over $70{\mu}m$) impact on the front face of the orifice and erode the orifice surface. The pressure loss coefficients around the erode orifice are largely different from the designed original orifice.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2015.03a
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• pp.53-60
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• 2015

본 연구에서는 random walk하는 입자와 암세포 확산을 비교하여 Fick's law를 따르는 확산 모형과 암세포 확산의 차이를 밝힌다. 암세포 확산은 암 전이 메커니즘을 이해하는데 매우 중요하다. 하지만 아직까지 암세포 확산은 정확하게 이해되지 않고 있다. 따라서 이번 연구에서는 가장 간단한 2차원 random walk와 암세포 확산을 비교하고, 동역학적인 차이를 규명해 암세포 확산을 이해하고자 한다. Random walk하는 입자는 EDISON 전산화학 전문센터의 프로그램 중 dynamic Monte Carlo(dynamic MC) 전산 모사 소프트웨어를 이용하여 2차원에서 움직이는 레나드-존스 입자의 운동을 통해 살펴보았다. 암세포 확산은 실제 암세포의 시간에 따른 위치 변화 정보 (세포의 궤적)를 직접 구하여 분석하였다. Dynamic MC 결과는 Fickian 확산 모형을 잘 따르는 것을 평균 제곱 거리와 밀도 함수를 통해 확인할 수 있었다. 암세포 확산의 경우 평균 제곱 거리는 시간에 대해서 선형적으로 비례하지만 밀도 함수는 가우시안 형태로 나오지 않으며 Fick's law를 따르는 확산 모형과 다른 확산 형태를 보인다. 이러한 확산 형태는 암세포의 동역학적인 다양성 때문에 나타나며 각각의 암세포가 다른 운동성을 가지는 것에 기인하는 것으로 보인다.

• The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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• v.37 no.2
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• pp.212.2-212.2
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• 2012

지구 자기권에 존재하는 플라즈마 입자의 다중관측을 목적으로 개발된 초소형 탑재체 STEIN (SupraThermal Electron, Ion, Neutral) 은 경희대학교와 UC Berkeley가 공동으로 개발 중인 3대의 초소형 과학위성 TRIO-CINEMA (TRiplet Ionosphere Observatory - Cubesat for Ion, Neutral, Electron and MAgnetic fields) 에 탑재될 입자 검출기이다. 32개의 픽셀로 이루어진 STEIN 검출기는 2~300 keV의 전자, 4~300 keV의 이온과 중성입자(Energetic Neutral Atom: ENA) 를 분리 계측할 목적으로 설계되었으며, 하전입자가 정전장 편향기를 통과하여 서로 다른 검출기 픽셀에 도달함으로써 전자와 이온, 중성입자를 분리하여 계측할 수 있도록 하였다. 한편, STEIN 구조물에서 발생한 2차 입자의 검출을 방지하기 위해 정전 편향기 사이에 차단날(blade)을 설계하였다. 본 연구에서는 STEIN 모의실험 예비 결과로써 전기장에 크기 및 차단날에 의한 하전입자의 궤적과 이에 따른 분리 계측 성능을 알아보고자 Geant4 (GEometry ANd Tracking)를 사용하여 검출기 픽셀에 입사하는 전자의 초기 위치를 분석하였다. 전자의 입사 위치는 검출기로부터 5 cm 전방에서 6 mm * 20 mm 범위 내에서 무작위로 생성하여 검출기의 방향으로 수직 입사하였다. 분석 결과 전자들은 전기장의 방향에 따라 편향되는 결과를 보였으며, 저에너지 전자는 강한 전기장의 영향으로 차단날에 의해 차폐되어 검출되지 않았다. 따라서 전기장의 크기와 차단날에 따른 입자 분리 검출이 가능함을 본 모의실험을 통해 확인하였으며, STEIN 운용 시 입자 분리 검출 및 결과 분석 기반으로 본 연구 결과를 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

• The KSFM Journal of Fluid Machinery
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• v.5 no.1 s.14
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• pp.7-12
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• 2002

As the first step to investigate the fundamental mechanism of a dispersed two-phase flow, we studied the detailed interactions between bubble or particle motion and flow around it. Experiments were carried out with a rising bubble or particle in stagnant water in a vertical pipe. Particles with different densities, and/or different shapes were used for comparison with a bubble. We adopted 3D-PTV (Three-Dimensional Particle Tracking Velocimetry) for measuring the bubble or particle motions, and PIV (Particle Image Velocimetry) for measuring the water flow simultaneously (Hybrid PIV). The experimental results showed that the oblate spheroidal solid particle rose along the longer axis direction at the point that the inclination of the longer axis reached the maximum, and the inclination direction changed after moving. The bubble moved to the direction that the spheroid's projected width grew up to the largest, and the minor axis of the oblate spheroidal body of the bubble was parallel to the moving direction. The trajectory of the center of the particle/bubble which was measured with 3D-PTV, was marked on the section (x-y) of the pipe. It exhibited the pattern of the particle/bubble motion.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.7
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• pp.665-670
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• 2010

The effect of a particle's spin is investigated numerically by taking into account the effect of lift forces originating due to difference between the rotations of a particle and of a fluid, such as the Saffman and Magnus lift forces. These lift forces have been ignored in many previous studies on particle-laden turbulence. The trajectory of the particles can be changed by the lift forces, resulting in a significant modification of the stochastic characteristics of heavy particles. Probability density functions and autocorrelations are evaluated from the velocity of solid particle, acceleration of solid particles, and acceleration of fluid at the position of solid particle. Changes in velocity statistics are negligible but statistics related with acceleration are affected by the rotation of particle. When a laden particle encounters coherent structures during its motion, the particle's rotation might significantly affects the motion due to intermittently large fluid acceleration near the coherent structures.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.18 no.5
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• pp.1330-1337
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• 1994

This study is to predict the lateral dispersion of the particles with time in a vertical pipe. Particle is released downward and located in the center of a pipe through which stationary, homogeneous turbulent air is flowing. We assume that gas turbulence velocities have a Gaussian probability density distribution and the presence of particle is not to alter turbulent structures. Particle trajectory is computed by numerically integrating the particle Lagrangian equation of motion, with a random sampling to determine the fluctuating air velocity experienced by each particle, which considered inertia effect and crossing-trajectories effect. The result shows characterestics of particle dispersion according to flow field condition and droplet size by using the parameters and scales, which expressed characterestics of flow field and particle. Predictions agree reasonably with experimental data.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.24 no.3
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• pp.477-484
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• 2000

Microcontamination caused by particle deposition on the head disk interface threatens the reliability of hard disk drive. Design of slider rail to control contamination becomes an important issue in magnetic recording. In this paper, how particles adhere to the slider and the disk is examined. To investigate accumulation mechanism of the particles, trajectory of the particles in a slider/disk interface is simulated with considering various forces including drag force, gravitational force, Saffman lift force, and electrostatic force. It is found that the charged particles can easily adhere to the slider or disk surface, if an electric field exists between the slider and the disk. It is supposed that the vertical motion of the particles should be related with not only Saffman force but also electrostatic force.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1994.05a
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• pp.28-38
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• 1994

분류층 가스화기 설계를 위한 일차연구로서 가스화기 이차공기 주입방법에 따른 비반응 난류장에 대한 수치해석을 검사체적에 기초한 유한차분방법을 이용하여 수행하였다. 압력과 속도의 연계문제는 SIMPLEC 알고리즘을, 레이놀즈 전단력은 k-$\varepsilon$ 난류모델을 사용하였다. 입자궤적 계산은 공기역학적 항력만을 고려하였으며 비선형적인 공기저항력에 의한 난류변동상관모델은 고려치 않았다. 이차공기 주입방법(parallel injection과 nonparallel 3$0^{\circ}C$ injection)에 따른 수치해석을 수행하여 Ar tracer의 질량분율에 대한 실험자료와 비교하여 만족할 만한 결과를 얻었으며 이차공기의 주입각 및 기타 제반변수에 따른 유동장 변화를 분석하였다.