• 청정기술
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• 제23권4호
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• pp.441-447
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• 2017

개념설계 단계에서 개발 공정에 대한 경제적 타당성 분석에 대한 중요성이 대두되고 있으며, 목표 경제성에 부합하는 공정개발을 위한 공정 최적화에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 발전 시스템 분야에서는 전력 단가(Levelized cost of electricity, LCOE)를 예측하여 경제적 효과를 정량적으로 비교 분석하는 평가 방법이 많이 활용되고 있다. 본 연구에서는 목표 전력 단가에 부합한 발전 시스템을 설계하기 위해서 요구되는 핵심기기의 설계 조건을 역산출 할 수 있는 플랫폼을 구축하였으며 초임계 이산화탄소 발전 시스템이 석탄 화력에 적용될 경우, 목표 전력 단가(초임계 증기 랭킨 사이클 발전 단가, $ 85.4 /kWh)를 충족하기 위해 요구되는 주요 핵심기기(압축기, 터빈, 열교환기) 등의 설계 지표 기준을 도출하였다. 터빈의 등엔트로피 효율이 86%인 경우, 주압축기 효율은 88% 이상 설계되어야 한다. 만약 터빈의 등엔트로피 효율이 88%로 설계된 경우, 주압축기 효율은 82%까지 완화하여 설계가 가능하다. End seal 부분에서 누설량을 0.24% 수준으로 유지하고, 열교환기의 경우 cold side 출구측 온도가 $92{\sim}97^{\circ}C$, 열용량은 2650 ~ 2680 MWth로 설계한다면 목표 전력단가를 충족시킬 수 있을 것으로 확인되었다.

• 생명과학회지
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• 제32권11호
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• pp.872-881
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• 2022

본 연구에서는 토양으로부터 분리한 Indole-3-acetic acid (IAA) 고생산 균주인 Pantoea agglomerans SRCM 119864의 IAA 생산량을 증가시키기 위해 반응표면분석법을 활용하여 배지 조성 최적화를 수행하였다. Plackett-Burman design (PBD)을 이용하여 전구체인 L-tryptophan 이외의 IAA 생산에 영향을 주는 배지 성분 11개의 영향을 조사하였으며, 통계학적 분석을 통해 IAA 최적생산을 위한 배지 인자로 sucrose, tryptone, sodium chloride를 선정하였다. PBD에서 선정된 3가지 인자와 L-tryptophan의 농도 최적화를 수행하기 위해 적은 실험수로도 최적값을 분석할 수 있는 hybrid design을 설계하였다. 실험 모형에서 예측한 P. agglomer- ans SRCM 119864 균주의 IAA 최적 생산을 위한 배지 조성과 농도는 sucrose 13.38 g/l, tryptone 18.34 g/l, sodium chloride 9.71 g/l, L-tryptophan 6.25 g/l로 분석되었으며, 이때의 IAA 생산량은 64.34 ±1.07 mg/l로 예측되었다. ANOVA 분석을 통하여 실험 모형의 통계학적 유의성과 적합성을 검증하였으며, 설계한 최적 조성배지에서 모델 검증실험을 수행하여 IAA 생산량을 측정한 결과, 예측된 IAA 생산량과 매우 유사함을 확인하였으며, 최종 최적화 수행을 통해 IAA 생산량을 기본 배지 대비 44.56% 증가시켰다. 본 연구를 통하여 토양에서 IAA를 고생산하는 균주를 선별하여 배지 조성 최적화를 수행하였으며, 이를 바탕으로 지속가능한 농업 및 작물 생산량 증대를 위한 산업화 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 에너지공학
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• 제23권4호
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• pp.256-262
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• 2014

국내 원자력발전소의 주기길이는 전력회사의 전력수급계획에 따라 결정된다. 주기길이는 노심에 장전할 신연료 다발수와 핵연료 농축도를 조정하여 결정할 수 있다. 전력회사에서는 특정 주기길이를 만족시키기 위한 방법으로 신연료 다발수를 정한 후 핵연료 농축도를 결정하는 방법을 적용하고 있다. 그러나 이 방법의 경우 같은 주기길이를 갖는 다른 신연료 다발수와 핵연료 농축도의 조합들 보다 핵연료 주기비 측면에서 가장 경제적인지 판단할 수가 없다. 따라서 본 분석에서는 상용 노심설계 코드인 CASMO/MASTER 코드를 사용하여 OPR1000(Optimized Power Reactor 1000) 발전소를 대상으로 신연료 다발수와 핵연료 농축도 조합에 대한 노심 연소계산을 수행하여 동일한 주기길이를 갖는 최적의 신연료 다발수와 핵연료 농축도 조합은 무엇인지 분석하였다. 천이노심계산에서 발생할 수 있는 불확실도를 최소화하기 위해 노심 특성인자들이 변하지 않는 평형노심(equilibrium cycle)까지 계산을 수행하여 이때의 계산결과를 핵연료 주기비 계산에 사용하였다. 또한 평준화 핵연료 주기비(levelized fuel cycle cost) 계산에 있어 중요한 인자인 할인율(discount rate)에 대해서 국내뿐만 아니라 다른 나라의 실정에도 적용 가능하도록 민감도 분석을 수행하였다. 평준화 핵연료 주기비(levelized fuel cycle cost) 평가 결과 할인율(discount rate)이 낮은 경우 신연료 다발수는 줄이고 대신 핵연료 농축도를 높이는 조합을 통해 특정 주기길이를 만족시키는 방법이 경제적인 것으로 나타났다. 반면 할인율(discount rate)이 높은 경우는 핵연료 농축도는 낮추고 신연료 다발수를 늘리는 조합을 통해 특정 주기길이를 만족시키는 방법이 경제적인 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권4호
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• pp.448-453
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• 2016

선박의 프로펠러나 임펠러와 같은 유체기기에서는 캐비테이션 현상으로 인해 마모와 침식이 발생한다. 이와 같은 기기손상은 소음과 진동을 발생시켜 기기수명을 단축시키는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 캐비테이션 현상에 대한 저항성을 높이기 위해 산업 현장에서 많이 사용되고 있는 고속화염용사코팅의 공정 최적화에 따른 각 요소별 중요도를 분석하였다. 다구찌 실험계획법을 적용하여 ALBC3 모재 표면에 비정질 분말을 코팅하였고 기공도 실험을 통해 각 요소별 특성을 분석하였다. 다구찌 실험계획법에 의해 고속 화염용사(HVOF) 코팅의 최적 공정을 찾아낸 결과 연소압이 80 psi, 코팅거리가 270 mm, 이송속도가 200 mm/s, 분말속도는 25 g/min으로 확인되었고, 그 결과, 연소압, 코팅거리 및 분말속도는 25% 이상으로 비슷한 기여도를 나타냈고 이송속도는 19%로 다소 떨어지는 수준을 나타내었다. 공정에 대한 각 인자별 기여도는 약간의 차이는 있지만 그 차이가 크지 않으므로 네 개의 인자 모두 고속 화염용사(HVOF) 코팅 공정에서 중요한 기여를 하였다.

• 청정기술
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• 제25권2호
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• pp.161-167
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• 2019

바이오매스의 급속열분해를 위하여 지난 수십 년간 다양한 형태의 반응기가 개발되었다. 급속열분해 공정의 반응기는 유동층 반응기가 많이 사용되어 왔으며, 최근에는 분사층 반응기를 이용한 바이오매스의 급속열분해 특성에 대한 연구가 다수의 연구자들에 의해 수행되고 있다. 분사층 반응기의 유동화 특성은 입자의 물리적 특성, 유체 제트의 속도, core와 annulus의 구조에 영향을 받으며, 반응기의 기하학적 구조는 분사층 내부의 core와 annulus 구조를 결정하는 주요 인자이다. 따라서 분사층 반응기의 최적설계를 위해서는 열분해 반응에 영향을 주는 인자에 대한 바이오매스의 급속열분해 특성에 대한 연구가 수행되어야 한다. 하지만 분사층 반응기의 기하학적 구조에 의한 바이오매스의 급속열분해 특성은 자세히 연구되지 않았다. 본 연구에서는 분사층 반응기의 원뿔각과 반응 온도 변화에 따른 Jatropha curcas L. seed shell cake의 급속열분해 실험을 수행하여 분사층 반응기의 최적 형상과 반응 온도를 도출하였다. 실험결과, 열분해 오일의 에너지 수율은 반응 온도 $450^{\circ}C$, 분사층 반응기의 원뿔각 $44^{\circ}$에서 63.9%로 가장 높게 나타났다. 그리고 분사층 반응기 내 고체입자의 열전달과 기체상 열분해 생성물의 체류시간은 원뿔각의 영향을 받아 열분해 생성물의 수율 및 열분해 오일의 품질에 영향을 주는 것으로 나타났다.

• 한국음향학회지
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• 제40권6호
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• pp.555-565
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• 2021

본 연구의 목표는 냉장고 냉동실 냉기순환용으로 사용되는 후향익 원심팬 시스템을 대상으로 익형의 형상을 최적설계 하여 유동성능 및 소음성능을 향상시키는 것이다. 대상 시스템은 전형적인 원심팬 시스템에서 사용되는 스크롤 하우징 형상 없이 두 개의 Volute가 후면 덕트 시스템과 연계하여 냉기를 공급한다는 특성을 가지고 있다. 먼저 팬 시스템의 유동 및 소음성능을 실험적으로 평가하였다. 유동실험에서 팬 성능 시험기를 사용하여 P-Q 곡선을 도출할 수 있었으며, 무향실에서 소음실험을 통해 소음 스펙트럼을 측정하였다. 다음으로, 3차원 비정상 Navier-Stokes 방정식을 전산유체역학을 사용하여 수치해석하여 유동 특성을 분석하였으며, 예측한 유동장을 입력값으로 Ffowcs Willams-Hawkings방정식을 이용해 소음해석을 수행하였다. 수치해석결과는 실험 결과와 비교를 통해 그 유효성을 검증하였다. 검증된 수치해석 기법을 기반으로 반응표면법의 2인자 중심합성법을 통해 유량이 최대가 되는 입구각 및 출구각을 도출하였다. 마지막으로 최적화된 팬을 대상으로 시제품을 제작하여 실험한 결과 개선된 유량 성능 및 소음성능을 확인하였다.

• 지질공학
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• 제22권3호
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• pp.253-262
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• 2012

중금속 및 유류 오염토양 정화를 위해 효율적인 토양세척법과 공정 선정을 목적으로 최적의 오염정화 설계인자를 제시하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 실험 분석항목은 구리, 납, 아연을 포함하는 중금속 항목과 총석유계탄화수소(TPH)인 유류 항목에 대해 흡광광도법(absorptiometric analysis), 기체크로마토그래피(gas chromatography)법을 이용하여 단계별로 분석하였다. 실험방법은 최적 세척용매(washing solution) 결정시험, 최적 세척시간(washing time) 도출시험, 최적 진탕비(dilution ratio) 결정시험 등을 통해 얻어진 결과를 토대로 계면활성제(surfactant) 첨가량별 중금속 용출영향 분석시험, 미생물 및 과산화수소 주입시험 순으로 실시하였다. 실험결과에서 세척용매인 염산 0.1 mole, 체류시간 1시간, 진탕비 1 : 3 조건에서 오염물질의 저감효과가 우수하게 나타났으며, 이들 조건을 적용하였을 때 1%의 계면활성제를 세척 용매에 첨가하였을 경우 추가적인 오염물질의 농도저감 효과를 보이는 것으로 확인되었다. 또한 미생물과 과산화수소 주입에 따른 추가적인 TPH 농도 저감이 있는 것으로 파악되었다.

• 터널과지하공간
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• 제27권3호
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• pp.132-145
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• 2017

과거 도로터널 환기에 있어서 충격 손실은 설계에 반영되지 않았지만, 터널 내 네트워크형 구조로 인해 분기 합류부가 존재하는 복층 도로터널에서는 충격 손실에 의한 압력 손실이 크게 발생할 것이다. 이에 본 연구에서는 네트워크형 구조를 가지는 복층 도로터널 최적 환기 설계를 위하여 분기 합류 지점에서 발생하는 충격 손실에 대한 3D 전산유체역학(CFD) 수치해석 연구를 수행한다. 이를 위해 복층 도로터널 표준단면을 적용한 실제 스케일 모델을 활용하여 전산 유체 역학을 수행하였고 다양한 각도와 차도폭에 대한 충격 손실 계수를 도출하여 기존의 설계 값과 비교 분석하였다. 연구 결과, 분기 구간에서는 30도의 분류 각도를 가진 모델의 충격 손실 계수가 높게 측정되었고, 합류 구간에서는 2차선으로 설계된 모델의 충격 손실 계수가 낮게 측정됨을 확인할 수 있었다. 따라서 분기 합류 각도와 차도폭이 충격 손실 산정에 있어서 중요한 설계 요소가 될 수 있으므로 환기기 용량 산정에 있어서 정확한 설계 인자를 제시할 것으로 판단된다. 본 연구는 3D 전산유체역학(CFD)를 활용하여 확폭 교차 유 무에 따른 분기 합류 지점에서의 충격 손실 계수를 도출하고, ASHRAE 설계 값과 결과를 비교 분석하였다. 확폭 구간이 반영되지 않은 모델은 ASHRAE 값에 비해 최대 3배의 충격 손실 값을 확인하였고, 확폭 구간이 반영된 모델은 최대 2배의 값을 확인할 수 있었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제21권2호
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• pp.123-129
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• 2017

고분자 막 연료전지는 높은 전력밀도, 낮은 배출 및 낮은 동작온도 때문에 미래 자동차 및 전력생산의 강력한 보류이다. FEMFC 내부의 기체확산층(GDL)의 중요한 관심은 물의 조절이다. GDL은 소수성 PTFE와 전기전도성을 위해서 탄소로 보통 구성되어 있다. 이 시뮬레이션에서 GDL 흐름은 확립된 방정식 모델의 단순화된 접근법으로 조사되었다. GDL의 성능은 모델 방정식을 이용하여 전지의 내부열, 수증기 밀도 와 산소밀도의 결과를 보였다. FEMFC 촉매층 모델은 유효인자, Butler-volmer 와 수소유동 밀도의 결과를 나타냈다. 이 결과들은 몇 가지 요소들과 함께 영향의 차이는 흥미 가지게 되며 정보는 연료전지를 설계하는데 도움을 줄 것이다.

• 한국해양공학회지
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• 제21권5호
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• pp.55-60
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• 2007

Bellows are mechanical components which prevent the damage of system by absorption of the vibration and the displacement of axle and radial direction. Thermal piping system is expanded by the fluid of the high temperature from the heat engine inside. At this time, bellows prevent the damage of the piping due to the thermal expansion. Recently, design of bellows is required to fit some other operational environments which are not suggested in the E.J.M.A code book. And it is difficult to produce and to maintain bellows of high temperature and high pressure bemuse of its complicated shape and this causes the manufacturing cost to rise. The objective of this study is to determine optimum shape of bellows which can endure in the high temperature and high pressure. The maximum stress has an effect on the fatigue life of bellows, therefore it needs to be minimized. This study attempts to find a shape which minimizes the stress occurring in the bellows by the design of experiment. The model used in this study is not presented in the E.J.M.A code book, therefore, from the result of design of experiment we find the factors which give effects on the characteristic value and we presents the recession model using the RSM, which can predict the characteristic values depending on the change of factor values.