최근 기후변화로 인한 집중호우의 영향으로 홍수 시 댐으로의 유입량이 설계 당시보다 증가하여 댐의 안전성 확보가 필요하다(감사원, 2003). 이에 건설교통부(2003)는 기후변화와 댐 노후화에 대비하여 치수능력증대사업을 추진하여 댐의 홍수배제능력을 확보하였고, 환경부(2020)에서는 40년 이상 경과된 댐을 대상으로 스마트 안전관리체계 구축을 통한 선제적 보수보강, 성능개선 및 자산관리로 댐의 장수명화를 목적으로 댐의 국가안전대진단을 추진하고 있다. 이에 본 연구에서는 댐 시설(여수로)의 노후도 평가 시 활용 될 수 있는 여수로 표면손상 원인규명에 대하여 3차원 수치모형(FLOW-3D 및 COMSOL Multiphysics)을 통해 검토하고자 한다. 연구대상 댐은 𐩒𐩒댐으로 지형 및 여수로를 구축하였으며, 계획방류량(200년 빈도) 및 최대방류량(PMF) 조건에서 모의를 수행하였다. 수치모의 계산의 정확도 검토를 위하여 Baffle의 설치를 통하여 시간에 따른 유량의 변화를 설계 값과 비교하였고 오차가 1.0% 이내를 만족하는 것을 확인하였다. 여수로 표면손상의 다양한 원인 중 기존연구(USBR, 2019)를 통하여 공동침식(Cavitation Erosion) 및 수력잭킹(Hydraulic Jacking)에 초점을 두었으며 방류조건 별 공동지수(Cavitation Index)산정을 통하여 공동침식 위험 구간을 확인하였다. 이음부의 균열 및 공동으로 인한 표층부 콘크리트의 탈락현상을 가속화시키는 수력잭킹 검토를 위하여 국부모형을 구축하였고 음압력(Negative Pressure), 정체압력(Stagnation Pressure), 양압력(Uplift Pressure)의 분포를 확인하였다. 최종적으로 COMSOL Multiphysics를 통하여 압력분포에 따른 구조해석을 수행하여 폰 미세스(Von Mises) 등가응력 및 변위를 검토하여 콘크리트의 탈락가능성을 확인하였다. 본 연구는 여수로 공동부 및 균열부에서의 손상메커니즘을 확인할 수 있는 기초적인 연구이지만 향후에는 다양한 지형조건 및 흐름조건에서의 압력분포 분석 및 유체-구조물 상호작용(Fluid-Structure Interaction, FSI)모의를 수행한다면 구조물 노후도 및 잔존수명 평가에 필요한 손상한계함수 도출이 가능할 것으로 기대된다.
본 논문에서는 RE엔진에 적용하기 위한 냉각수 코어를 CFD 기술을 활용하여 개발하였다. 개선 모델은 배기밸브 주위와 사이의 온도를 저감하기 위한 냉각수 우회부를 추가하였다. 2번 실린더 블록 주위와 배기밸브 사이의 유량이 증가하였기 때문에, 베이스 모델대비 개선 모델의 유량 정체가 개선되었다. 결과적으로, 배기밸브 주위에서의 열전달이 향상되고, 전 유량 구간에서 기존 모델 대비 약 5%의 압력 강하량 저감 효과를 보이는 개선 모델을 얻을 수 있었다. 압력 강하량의 저감은 상응하는 냉각수 펌프의 부하를 저감하고 연비에 긍정적 영향을 미칠 것으로 판단된다.
The characteristics of dual coaxial jet which composed of inner supersonic nozzle of 26500 in constant expansion rate with 1.91 design Mach number and outer converging one with $40^{\circ}$ converging angle with the variation of outer nozzle stagnation pressures are experimentally investigated in this paper. In which the stagnation pressure for the inner supersonic nozzle is 750kPa thus, the inner jet leaving the nozzle is slightly underexpanded. The plenum pressures of outer nozzle are varied from 200 to 600kPa. Flow visualizations by shadowgraph method, impact pressure and centerline static pressure measurements of dual coaxial jet are presented. The results show that the presence of outer jet affects significantly the structures and pressure distributions of inner jet. And outer jet causes Mach disk which does not appear for the case of single jet stream. As the stagnation pressure of outer jet increases, impact pressure undulation is severe, but the average impact pressure keeps high far downstream.
3단형 과학로켓의 주엔진 추진제의 분사균일성에 대하여 수치해석을 수행하고 설계 개선안을 도출하였다. 분사기 유로는 동일한 압력강하를 가지는 다공성 매질로 처리하였다. 산화제와 연료 모두 공급 유로의 반대쪽에서 분사속도가 높은 것으로 예측되었으며 이는 유동정체에 따른 정압 상승에 기인한다. 산화제 매니폴드 내부의 수직분리판에 유로를 구성함으로써 매니폴드 중심과 외곽에서의 분사균일성을 향상시킬 수 있었다. 산화제 공급유로가 경사를 가지더라도 분사균일성과 압력손실에 미치는 영향은 거의 없었다. 또한 산화제/ 연료에 대한 분사속도로부터 혼합비의 분포를 예측하였다.
교통 신호등 자동 제어시스템 기술은 교통 체증 현상을 방지하고 횡단 보도를 건너는 보행자들의 안전을 목적으로 시작되었다. 이는 1가구당 2차량에 가까운 보급률을 보이고 있는 현대 사회에 불가피하게 생기는 문제인데 본 연구에서는 이러한 문제로 인한 교통 신호등 자동 제어시스템 기술을 적용하고자 한다. 사거리에서 운전을 하다 보면 차량이 많이 지나가는 차선이 있는 반면 비교적 차량이 많이 지나가지 않는 차선들을 볼 수 있다. 이런 경우 차량이 많은 차선은 신호시간 내 차량이 모두 지나가지 못해서 교통체증이 발생하게 된다. 교통 체증을 최소화하기 위해서 압력 센서를 설치하여 차량이 많이 정체 되고 있는 차선에 신호의 시간을 증가시켜주고 차량이 많이 없는 차선은 기본 신호의 시간을 주어 차량이 많이 있는 차선의 차들의 교통 체증을 해소시켜 준다. 그리고 차량이 많이 지고 스마트폰의 보급이 많아지다 보니 횡단 보도에서 스마트폰을 보고있다 횡단 보도에서 사고를 당하는 경우 증가하고 있다. 이러한 보행자들을 위해 횡단 보도의 신호가 초록불이 되었을 때 간단한 음악이 나오고 발 밑에 횡단 보도 신호등과 같은 색깔이 나오게 하는 LED를 설치한다. 이렇게 하여 초록불이 들어왔다는 것을 보행자들에 인식시켜 보행자들의 안전을 지킬 수 있다.
공기 베어링의 성능개선을 위하여, 일반적인 급기공 형상(drill shape), 곡면 급기공 형상(matched cube shape) 및 $45^{\circ}C$ 모따기 노즐 출구부(trimmed shape)를 가지는 3가지 형태의 노즐형상에서 급기압을 변화 시켰을 때, 샤프트면 출구압력 특성을 전산유체역학 상용코드를 이용하여 분석하였다. 샤프트면 에서 압력 분포는 노즐 중심부에서 정체점 유동의 영향으로 최대압이 발생하며, 노즐 출구부와 샤프트면 사이의 압력분포는 미세 간극의 영향으로 와류가 형성되어 반경방향으로 국부적인 압력상승 현상이 발생한 후 음압영역이 발생하는 것이 관찰되었다. 또한 이러한 현상은 일반적인 형태의 노즐에서 급기압력비 6.92이상인 경우는 나타나지 않는 것으로 관찰되었다. 급기공 노즐 형상을 matched cubic 곡면으로 변화시켜 샤프트면에서 얻어진 압력 분포는 기존의 노즐과 비교한 결과 순간적인 상승압 구간이 모든 경우에 대하여 존재하였으며 급기압력비 10근처까지 음압구간이 나타나는 것으로 관찰되었다. 또한, 노즐 출구부를 모따기로 변형시켰을 때, 샤프트면에서 최대압력의 영향권이 반경방향으로 확대되었고 음압영역은 나타나지 않는 것으로 관찰되었다. 결과적으로, 급기공 내부의 형상변화보다는 노즐 출구면 외부의 변형이 성능개선에 유리한 것으로 관찰된다.
포장김치의 유통기간 연장과 관련하여 저장은도(0, 10, $20^{\circ}C$)별로 발효가스 압력변화와 PH, 총산합량, 색상 및 관능적 품질변화를 측정하여 그 상관관계를 검토하였다. 발효가스압력은 각 온도에서 모두 일정 정체기틀 갖은 후 S자형으로 증가하는 경향을 나타내었으며, 저장 중 가스압력이 중가함에 따라 $20^{\circ}C$에서는 40시간, $10^{\circ}C$에서는 5일,$0^{\circ}C$에서는 30일 이후부터 포장이 팽대하기 시작하였다. 이때의 각 포장구 내루압력은 $1.2{\sim}1.4\;psig$ 범위였고 이후 가스압력이 계속 증가하여 $20^{\circ}C$에서 저장 3일째, $10^{\circ}C$에서 저장 8일째에 포장이 파열되었으나$0^{\circ}C$에서는 파열되지 않았다. 또한 가스압력이 증가할수록 pH는 비례적으로(r>0.968) 감소하였으며, 총산 함량은 비례적으로(r>0.973) 중가하였다. 김치액상의 색변화에서 L과 b값은 지수적으로 감소하였으나 a값은 서서히 증가하였고, 김치 숙성과 관련있는 색지수$(L{\cdot}b/a)$도 저장중 지수적으로 감소하였다. 관능검사 결과, 신맛온 pH가 감소함에 따라 증가하였고 조직감은 점차 감소하였으며, 전체 기호도는 $20^{\circ}C$에서 저장 2일후에 가장 높았다가 5일후부터 현저히 낮아졌고, $10^{\circ}C$에서는 저장 5일후에 가장 기호도가 높았으며, $0^{\circ}C$에서는 24일까지 전체 기호도가 증가하다가 그 이후에 서서히 감소하였다. 결론적으로 저장온도가 높을수록 저장기간 중 김치 자체는 상미를 유지함에도 불구하고 포장이 팽대되는 현상이일어나므로서 상품성을 잃는 결과를 초래하였다.
심실보조장치는 말기 심부전환자에게 심장이식수술 없이 1 년 생존율을 25%에서 52%까지 증가 시킬 수 있는 유일한 장치이다. 하지만 심실보조장치 이식 후 1 년이 이내에 사망하는 원인 중 기기의 고장으로 인한 사망률이 6%를 차지하기 때문에 심실보조장치의 고장이 환자의 심장 움직임과 혈류 역학적인 상태에 영향을 주지 않는 새로운 방법이 필요하다. 기존의 심실보조장치는 원심형, 축심형으로 혈액을 박출해 주는 방식이어서 동맥압 보다 박출하는 압력이 낮을 때 혈액의 역류가 일어나는 문제점이 있다. 본 논문에서는 박출 압력이 약할 때, 2 개의 밸브에 의하여 혈액의 역류를 방지하고 관형태의 구조에 의해 혈액의 정체량을 줄일 수 있는 새로운 박동형 관형 심실보조장치를 개발하였으며, 체외실험과 동물실험으로 박출량과 펌프의 압력을 측정하여 그 특성을 평가하였다.
A needle-free injector is one of the new non-invasive players in impregnating the biological barriers. It is considered as the next phase in drug delivery and therapeutic applications. One of the major fields of application is in skin remodeling procedures. Although many studies were carried out in understanding the principle in the needle-free injection procedure, fewer studies were done with the aim of therapeutic applications. In the present study, we tried to identify key parameters that affect the jet divergence and peak stagnation pressure on the skin surface in a conventional needle-free injector for skin treatment. A summary of the working principle and effect of the key parameters are presented.
본 연구에서는 아음속/음속 이젝터의 성능을 평가하고, 공학적 설계를 위한 기초적 연구의 일환으로 일차원 기체역학 이론을 이용하여 이론해석을 수행하였다. 이론해석에서는 1차노즐의 유량계수, 디퓨저의 손실계수를 도입하여, 아음속/음속 이젝터의 목면적비, 유량비, 2차정체실의 압력 등을 이젝터 압축비의 함수로 도출하였다 본 연구에서 제시된 이론해석법은 아음속/음속 이젝터의 성능을 평가하는데 유용할 뿐만 아니라 이젝터 설계를 위한 자료로 활용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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