증착소재의 증착공정에 있어서 증기압 측정은 중요한 부분이다. 증착소재의 경우 충분한 증기압을 가져야하며, 너무 높아도 안된다. 증착소재의 증착속도는 증기압과 관련이 있으며, 이는 온도와 관련이 있다. 개발된 증착소재의 특성이 우수하나 높은 온도에서 충분한 증기압을 가진다면, 이 증착소재는 증착공정에 있어 비용이 많이 들기 때문에 좋다고 할 수 없다. 따라서 증착소재를 판단하는 가장 기본적인 지표는 증기압 측정이다. 증기압 측정 방법은 끓는점을 이용하였다. 액체상태인 증착소재를 외부에서 열을 가하여 각 압력에 따라 phase transition으로 인해 saturation지점을 측정하였다. 압력은 1.0E-1Torr, 1.0E+0Torr, 1.0E+1Torr의 3point를 측정하여 antoine equation을 이용하여 샘플의 증기압 측정 값을 얻을 수 있었다.
기존의 CFC 계열 및 HCFC 계열 냉매들이 오존층 붕괴와 지구온난화의 원인들 중의 한가지로 밝혀지면서 이것을 대체할 수 있는 냉매의 개발은 주요한 연구과제였다. 이제 몇 가지 대체 냉매들이 개발되면서 이것들 이 냉동시스템에 사용될 때 발생하는 상용성 (Compatibility)이 연구될 필요가 있다. 본 연구에서는 대체냉매의 상용성 연구의 일환으로 1,1,1,2-Tetrafluoroethane(HFC-134a) +1,1,1-Trifluoroetane(HFC-143a) + Pentafluoroethane (HFC-125)의 혼합대체냉매 HFC-404a 와 냉매 윤활유의 하나인 POE 오일 혼합물의 증기압을 측정하였다. 측정온도범위는 냉매 시스템의 운전온도를 고려하여, 263.15K 에서 323.15 K로 하였으며 오일농도범위는 0 mass% 에서 90 mass% 까지로 하였다. 측정결과 273.15K 이하의 온도에서 오일 농도 30 mass%까지 증기압에 대한 오일의 영향은 미미하였으며 50 mass% 이상에서는 증기압이 급격히 떨어지는 것이 밝혀졌다. 측정자료를 이용하여 HFC-404a와 POE 오일 혼합물의 증기압을 예측할 수 있는 모형을 개발 하기 위하여 Rault 모델과 Flory-Huggins 모델을 사용하여 측정치와 비교하였다. 그리고 보다 정확하고 실용적으로 증기압을 예측할 수 있는 경험식을 도출하였다.
물의 증기압을 진공도 눈금으로 이용 할 수 있는지에 대한 가능성에 대하여 평가하였다. 실온($25^{\circ}C$)과 비등점 사이에서 물의 증기압은 3.3 kPa에서부터 101.3 Ha 사이의 압력을 나타낸다. 측정된 물의 증기압은 문헌값에 비해 $5\%$ 이내의 편차로 일치하였다. 이 결과는 물의 증기압이 진공도 눈금의 한 보조적 수단으로 사용될 수 있음을 보여준다. 더 나아가 삼중점이나 온도-압력곡선과 같은 물질의 고유한 열역학적 성질을 이용하면 해당 진공도 범위로 확장이 가능함을 보여준다.
본 연구의 목적은 테르밋 반응으로 결정화된 액체혼합물을 순간적으로 기화시켜, 이에 따라 발생되는 증기압을 이용하여 암석 및 콘크리트를 파쇄시키는 Nonex Rock Cracker(NRC) 암석 파쇄제의 동적 파괴 특성을 분석하고 파괴패턴을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하기 위함이다. NRC 암석 파쇄제의 순간적의 증기압 발생 특성을 분석하기 위하여 인공취성재료로 알려진 Polymethyl methacrylate(PMMA) 블록을 대상으로 NRC를 장전하여 파쇄시험을 수행하였다. NRC의 증기압 발생순간을 촬영하기 위하여 초고속 카메라를 활용하였으며, 장약실과 연결된 관측공에 동적압력게이지를 부착하여 장약공 압력-시간이력을 계측하였다. 증기압 암석 파쇄제에 의한 PMMA 블록의 파괴패턴을 모사하기 위하여 2차원 동적 파괴 과정 해석 기법인 2D Dynamic Fracture Process Analysis(2DDFPA)가 활용되었으며, 계측된 장약공 압력-시간이력을 고려한 입사압력함수를 결정하였다. 제안된 해석조건을 활용하여 화강암재료와 고성능 폭약에 의하여 발생될 수 있는 파괴패턴에 대하여 고찰하였다.
20세기로 접어 들면서 화석연료의 가격이 상승함에 따라 기술적인 난문제의 해결과 더부러 재래식 발전소의 증기압과 온도도 상승케 되었다. 그러나 원자력발전소에 있어서는 그 연료가격이 저렴할뿐 아니라 앞으로 10년간에 더욱 저하될 전망이므로 높은 증기압과 온도를 갖는 재래식 화력발전소와는 반대의 경향을 띄게 될 것이다. 현재 대부분의 원자력발너ㅈ소에서 보듯이 그 증기조건은 30-40년전의 화석연료 발전소의 증기조건과 거의같다. 이와같은 증기조건으로 인한 열효율의 저하로 원자력을 발전에 응용함에는 곤란하는 것이 사실이지만 다음과 같은 두개의 중대한 요건을 고려치 않으면 안된다.
문헌에 보고된 삼중점과 임계점간 기존의 파라수소 증기압 측정값을 이용하여 환원증기압과 환원온도 형태의 아래와 같은 식의 지수와 상수를 구하는데 사용하였다. $lnP_r=2.64-{\frac{2.75}{T_r}}+1.48129lnT_r+0.11T^5_r$ 증기압을 계산하기 위해서 필요한 것은 정상 끓는점($T_b$= 20.268K), 임계압력($P_c$= 1292.81 kPa) 및 임계온도($T_c$= 32.976K)뿐이며 153개 파라수소의 증기압 실험자료에 적용하여 본 결과 전체 평균편차가 0.21% 였다.
문헌에 보고된 기존의 비활성 기체의 증기압 측정값을 이용하여 환원증기압과 환원온도 형태의 아래와 같은 식의 상수 A, B, C, D와 지수 n을 구하는데 사용하였다: $InP_r=A+{\frac{B}{T_r}+CInT_r+DT_n^r}$ 오차분석법에 의해 위 식에 적용되는 비활성 기체의 각 기체 Ar, Kr, Xe, He과 Ne에 대한 가장 정확한 지수와 4개의 상수를 얻었다. 위 식을 통해 각 기체의 증기압을 계산하기 위해서 필요한 것은 정상 끓는점, 임계압력 및 임계온도뿐이며 5개의 비활성 기체의 406개 증기압 실험값에 적용하여 본 결과 전체 평균편차가 0.31% 였다. Ar, Kr, Xe에 대한 평균편차는 각각 0.24%, 0.09%, 0.22%였으며, Ne은 1.31%, He은 0.61%이다. 이러한 결과는 He과 연관된 큰 양자효과와 Ne에 대한 적은 양자효과 때문에 예상된 것이다.
본 연구에서는 증기압을 이용한 새로운 파암공법의 특징을 간략하게 소개하였다. 이 파암공법은 지하암반굴착에서 지반진동을 저감시키려는 목적으로 개발된 것이다. 한 터널굴착 현장에서 대상공법에 대한 검증시험을 실시하였다. 지반진동은 시험현장 부근에서 측정하였다. 측정된 진동자료는 일본의 한 기업이 제안한 진동 추정식으로 예측한 결과와 서로 비교하였다. 공법의 경제성을 입증해 보이기 위해 간단한 비용분석 결과도 제시하였다.
고온의 증기가 과냉각 상태의 물과 직접접촉에 의해 발생하는 응축현상(DCC Direct Contact Condensation)을 실험적으로 고찰하였다. 본 연구는 두단계로 나누어 수행하였다. 1단계 연구에서는 간단한 원형관 형태의 수평 노즐을 통하여 증기제트가 대기압 상태의 과냉각수로 분출될 때 증기제트 및 주위의 거동을 측정·분석하였다. 수조의 온도와 증기유량의 변화에 따른 증기제트의 축방향과 반경방향 온도분포와 수조 벽면에서의 동압을 측정하였으며, 고속 비디오 카메라를 사용하여 각각의 경우에 대하여 증기제트의 분출이미지를 촬영하였다. 벽면에서의 동압은 노즐의 분출구직경과 응축수의 온도에 비례하여 증가하였다. 2단계 연구에서는 몇가지 형태의 증기분사기 축소 모형에 대한 응축성능을 비교하였다. 이때에는 수조의 온도상승으로 인해 수조가 가압되는 정도를 알아보기 위해 수조를 밀봉한 상태로 실험을 수행하였다. 실험시 수조의 압력은 시간의 경과에 따라 계속적으로 증가하였으나, 이는 방출된 증기의 불완전한 응축에 의한 것은 아니고 증기의 분출과 응축으로 인한 응축수의 부피팽창과 수조 온도의 상승으로 인한 증기압의 상승 때문인 것으로 판단된다.
투과증발(Pervaporation)이란 어원적으로 "permeation"과 "evaporation"의 합성어인데 액체혼합물이 치밀한 비다공질막을 통해 이동하는 동안 증기화되면서 분리되는 막분리 공정이다. 이 공정에서 막 한쪽면은 액체공급액과 접하고 있고 다른 한쪽면은 낮은 투과물의 증기압과 접하고 있는데 낮은 증기압은 진공(vacuum pervaporation)을 가하거나 혹은 불활성의 담체가스(sweep gas pervaporation)를 흐르게 하므로써 얻을 수 있다. 이때 막 내부에 트과증발막공정의 추진력인 화학 포텐셜(chemical potential) 구배가 발생하여 막을 통한 물질투과가 이루어지는데 각 투과성분의 투과속도는 투과성분과 막재료간의 물리화학적 인력에 의해 결정된다.의 물리화학적 인력에 의해 결정된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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