• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.171-171
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• 2022

난류 수체에서 관성입자의 침강속도는 정지 수체에서보다 빠르고, 그 침강속도의 증가비율은 입자의 관성력과 난류의 길이 스케일에 큰 영향을 받는다고 알려져 있다(Wang and Maxey, 1993; Yang and Shy, 2003; Wang et al., 2018). 본 연구에서는 개수로 흐름에서 난류의 영향을 받는 관성입자의 침강속도를 측정하고, 정지 상태의 침강속도에 대한 침강속도의 증가비율과 난류 인자의연관성에 대해 조사하였다. 실험에 사용된 관성입자는 비중 1.35, 직경 300 ㎛에서 2000 ㎛까지의 구형 플라스틱(PE; polyethylene) 입자이며, 해당 입자들의 침강속도는 PTV(particle tracking velocimetry) 방식을 통해 측정하였다. 그리고 PIV(particle image velocimetry) 기법을 통해, 개수로 흐름의 난류 에너지 소산율(energy dissipation rate, ϵ)과 그에 따른 Kolomogorov 길이 스케일을 측정하였다. 실험 결과, 모든 직경 조건에서 플라스틱 입자는 난류 흐름에서의 침강속도가 정지 수체에서의 침강속도보다 빠름을 보였으며, 그 비율은 입자 직경이 난류의 길이 스케일과 유사하거나 작아질 때 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 유체 내에서의 관성입자의 거동에 대한 이론식과 비교하여 관성입자의 침강에 미치는 여러 힘들의 상대적 관계를 파악하였다. 본 연구의 결과는 자연 수체에서 미세플라스틱의 거동을 이해하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제16권10호
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• pp.33-38
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• 2015

본 논문에서는 물속에서의 조립입자 침강속도에 대한 특성을 파악하기 위해 다양한 재료 및 입자크기에 대한 실험적 관찰을 수행하고 그 결과들을 재료별로 비교함과 더불어 기존에 발표된 입자침강속도 예측을 위한 경험식들과 상호비교하였다. 본 연구에서는 폴리아세탈, 유리 및 스틸의 세 가지 서로 다른 재료 및 크기로 구성된 구모양의 입자를 이용하였으며, 입자의 직경은 1mm에서 20mm까지 다양한 직경을 고려하였다. 실험결과, 조립입자의 침강속도는 아주 작은 크기(약 $50{\mu}m$ 이하)의 입자에만 적용된다고 알려진 Stokes 식과는 상당한 차이를 나타냈으며, 또한 입자의 크기에 관계없이 침강속도를 예측하는 다른 연구자들의 경험식들과도 입자의 크기 및 재료의 종류(밀도)에 따라 서로 상이한 결과를 나타냈다. 실험에서 관찰된 조립입자의 침강속도는 재료의 종류에 관계없이 입자의 크기가 상대적으로 작을 때는(약 3mm 이하) 기존의 입자 침강속도에 대한 경험식들과 유사하였으나 그 이상에서는 입자의 크기가 증가할수록 기존 경험식들과의 차이도 더 크게 발생하였다. 본 연구를 통해서 조립입자의 침강속도는 입자의 크기 및 재료밀도에 따라 상당한 차이가 발생할 수 있다는 것을 알았으며 기존 경험식들은 실제로 발생하는 조립입자의 침강속도를 잘 예측하지 못해 향후 조립입자의 침강속도를 예측하기 위해 기존 경험식들을 있는 그대로 적용하지는 말아야 하고 실험 등을 통해 검증 및 확인하는 과정이 반드시 필요하다는 것을 파악하였다. 본 연구결과는 향후 물속에서의 조립입자의 침강속도를 이해하는 데 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 유변학
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• 제3권1호
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• pp.13-21
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• 1991

본연구에서는 단단한 구형 입자가 적은 변형속도에서 2차 유체로 간주될 수 있는 점탄성 용액의 disc-plate (비틀림)흐름에 놓였을 때의 측면 이동속도에 관하여 분석하였다. 이론적 계산을 통해 비틀림 유체 흐름에서 입자는 항상 중심쪽으로 이동하고 안쪽으로의 이 동속도의 크기는 유체의 성질과 흐름의 형태의 함수라는 것을 발견하였으며 이것은 2차 유 체에서 입자는 높은 전단속도 영역에서 낮은 전단속도 영역으로 이동된다는 예측과 일치한 다는 것을 알 수 있었다. 그러나 2차 유체 모델로 부터의 이결과는 이전연구자들에 의해 관 찰된 비틀림 유체 흐름에서의 바깥방향으로의 입자의 이동은 설명하지 못하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권11호
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• pp.955-967
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• 2022

기존의 입자추적모델에서 입자의 연직방향 변위 예측은 정지 수체에서의 최종침강속도를 바탕으로 계산되었다. 그러나 난류 수체에서의 침강속도에 관한 선행 연구들은 난류가 입자의 침강속도에 영향을 미치는 것으로 보고하고 있다. 본 연구에서는 난류에 따른 침강속도의 변화 특성을 규명하고자 개수로 흐름에서 입자의 침강 실험을 수행하였다. 입자의 침강속도와 난류 특성은 각각 PTV, PIV 기법을 통해 측정하였고, 측정된 침강속도 증가율과 입자 및 난류 특성에 따른 난류 수체에서의 침강속도의 변화 특성을 분석하였다. 그 결과, 입자 직경이 Kolmogorov 길이 스케일의 1~2배가 될 때, 침강속도 증가율이 커지기 시작하였다. 본 실험 결과를 선행 연구들과 비교하였을 때, Stokes 수와 침강속도 증가율의 그래프가 입자의 밀도에 따라 각각 최댓값을 보이는 곡선 형태를 가지는 것으로 나타났다. 결론적으로, 입자의 침강속도는 개수로 흐름에서 정지 수체에서보다 빠르기 때문에, 기존의 정지 수체에서의 침강속도를 이용한 입자추적모델은 연직방향으로 바닥에 도달하는 시간을 과대산정하게 될 수 있다. 이러한 측면에서 본 연구의 결과는 입자추적모델의 성능 개선에 도움을 줄 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.370.2-370.2
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• 2016

투명 박막 태양전지는 건물과 일체화 된 building-integrated photovoltaics (BIPV) 시스템에 적용되어 건물의 외장재로서 외관의 심미적 가치를 높일 수 있다. 현재 BIPV 모듈은 glass 타입의 형태가 시장을 주도할 것으로 예상되며[1], 건물의 외부 미관을 고려하여 투명 박막 태양전지에 색을 구현하는 연구가 진행되고 있다. 투명 박막 태양전지에 적용하기 위한 목적으로 본 연구에서는 스핀코팅을 이용하여 표면 플라즈몬 효과가 큰 Cu 나노입자를 Si 웨이퍼와 유리기판 위에 각각 분포 시킨 후, 광학적 특성을 분석하였다. 스핀코팅의 속도(rpm)를 다양하게 변화 시킨 후 나노 입자의 분포를 관찰하였으며, 속도가 증가할수록 나노입자의 수는 감소함을 확인하였다. 또한 속도가 증가할수록 입자 사이의 거리는 멀어졌으며, 최저 속도 100 rpm에 비해 4000 rpm에서 스핀코팅 한 입자들은 응집이 상대적으로 되지 않았음을 관찰하였다. 속도가 증가할수록 입자가 기판 위에 적게 잔재하기 때문에 반사율과 투과율이 가시광선 영역에서 증가하였으며, 유리 기판에 구현한 색깔이 점차 옅어짐을 관찰하였다. 이러한 결과로부터 스핀코팅의 속도를 변화시킴으로써 나노입자의 분포 양상과 이에 따른 색상의 변화를 유발 할 수 있다는 사실을 확인하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
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• pp.55.2-55.2
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• 2010

기존의 thermal spray coating은 분사시 가스와 입자가 높은 열을 동반하여 상대적으로 차가운 기판과의 충돌되는 과정에서 기판과 입자 사이에 열응력이 발생하게 되고, 이것은 코팅 특성을 저하시킨다. 또한 고온의 가연성 가스등의 사용으로 작업 시 안전문제 등의 단점이 있었다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 분사 시 운동에너지를 주로 이용하는 cold spray coating 공정이 개발되었다. 이 공정은 코팅 입자를 임계속도 이상으로 가속시켜 입자와 기판이 충돌시 소성 변형을 통해 적층되는 코팅기술이다. Cold spray coating공정은 상온 코팅이 가능하기 때문에 주입입자의 물성이 비교적 그대로 유지되고, 고온의 열로 인한 기판의 변질을 막을 수 있다. Cold Spray coating에서 주로 원형 노즐을 사용하나 본 연구에서는 분사 효율 향상을 위한 광폭노즐을 사용하여 코팅 시간 단축을 기대하고 있다. 임계속도 이상의 입자 확보를 위하여 노즐의 expansion ratio와 노즐 shape의 변화를 주어 그에 따른 노즐내의 유동장을 수치해석을 통해 계산하였다. 분사되는 출구면과 기판 사이의 입자 속도 분포를 해석하였고, 이를 통해 임계속도 이상의 속도를 갖는 유효 입자들의 분포 및 유효 분사 면적을 예측하였다. 또한, 기존의 원형 노즐과 광폭 노즐과의 유동장 비교 및 각 노즐 분사면을 분석하여 cold spray coating공정에서의 효율적인 노즐 형상을 디자인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.522-526
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• 2012

수직 고체하강관에서 고체하강속도를 측정할 수 있는 편리한 실험방법을 제시하였으며 Geldart 분류 A, B, D 입자를 사용하여 수직관의 직경 및 입자특성 변화에 따른 고체하강속도를 측정 및 고찰하였다. 초기 입자 장입량 변화에 따른 고체하강속도의 변화는 크지 않았으며 고체하강관 직경이 증가함에 따라 고체흐름속도, 고체순환속도 및 고체하강속도가 증가하는 경향을 나타내었다. 특히 고체하강속도의 경우 모든 입자에 대해 하강관의 직경이 증가함에 따라 직선적으로 증가하는 경향을 나타내었으며, Geldart 분류 A 및 B 입자와 Geldart 분류 D 입자의 결과가 확실하게 구별되는 경향을 나타내었다. 측정된 고체하강속도를 바탕으로 Geldart 분류 A 및 B 입자계와 D 입자계에 대한 고체하강속도 상관식을 제시하였으며 측정값과 유사한 값을 예측할 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제15권6호
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• pp.15-25
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• 2011

금속 연료 중 널리 사용되는 알루미늄의 연소 특성에 관하여 1차원 연소모델링을 제안하였다. 연소 모델링은 예열영역, 반응영역, 반응 후 영역, 세 영역으로 나누어 수행하였다. 또한 희박연소로 가정하여 단일 입자의 경우 입자크기와 당량비에 따른 화염속도, 나노와 마이크로 입자의 혼합물의 경우 혼합 비율에 따른 화염속도를 압력이 1기압 조건에서 계산하여 실험결과와 비교하였다. 단일입자의 경우, 입자의 크기가 작아질수록 화염속도가 빨라지고, 당량비가 낮아질수록 화염속도가 느려지는 현상이 관찰되었다. 나노와 마이크로 입자의 혼합물의 경우, 나노 입자의 함유량에 따라 화염속도는 빨라지며, 화염구조는 분리화염과 중첩화염이 나타남이 관찰되었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제37권11호
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• pp.1033-1038
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• 2000

알루미나의 소결시 외부압력이 알루미나의 입자성장에 미치는 영향을 sinter-HIP을 통해 고찰하였다. 알루미나 입자는 HIP 초기에 일정하게 빠른 속도로 성장하였으나 HIP 처리시간이 30분을 경과한 이후에는 완만한 속도로 성장하였다. 상압소결된 알루미나를 HIP 처리시 입자성장 속도지수는 상압소결시와 동일한 n=3을 나타내었으나 알루미나의 입자성장속도는 HIP 처리시의 외부 압력으로 인해 감소하였다. Sinter-HIP 소결시 순수 알루미나와 M햬가 첨가된 알루미나의 경우 계산된 속도상수 k는 대략적으로 각각 9.2×10/sup -20/ ㎥/s, 2.6×10/sup -21/ ㎥/s 이었다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 2001년도 가을 학술발표회 발표논문집
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• pp.35-37
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• 2001

입자상 물질에 대한 건성침적속도를 구하는 두 가지 모형 중 Slinn의 모수화로 구축된 건성침적모형이 ADOM 건성침적모형에 비해 좀 더 신뢰성있는 결과를 산출하였고 부산광역시에서의 입자상 물질에 대한 건성침적속도 수치모의 결과도 전반적으로 거칠기 길이가 큰 산림지역에서 높은 값이 나타남을 보여주었다. 입자상 물질의 건성침적속도 계산에 있어 가장 중요한 것은 대상 입자의 크기이므로 무엇보다도 그 물질에 대한 정확한 크기분포에 대한 규명이 있어야 하고 또한 본 연구에서는 다루지 못한 수면의 높은 풍속에서의 물결 파괴, 물보라 형성 그리고 물과 공기경계면 근처의 습한 지역에서 입자 성장의 영향 등을 고려하는 좀더 자세한 연구가 추후에 이루어져야 할 것이다.