• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.24 no.5
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• pp.521-530
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• 2011

Since aircraft fuel tanks have many interfaces connected to the airframe as well as the fuel system, they have been considered as one of the system-dependent critical components. Crashworthy fuel tanks have been widely implemented to rotorcraft and rendered a great contribution for improving the survivability of crews and passengers. Since the embryonic stage of military rotorcraft history began, the US army has developed and practised a detailed military specification documenting the unique crashworthiness requirements for rotorcraft fuel tanks to prevent most, hopefully all, fatality due to post-crash fire. The mandatory crash impact test required by the relevant specification, MIL-DTL-27422D, has been recognized as a non-trivial mission and caused inevitable delay of a number of noticeable rotorcraft development programs such as that of V-22. The crash impact test itself takes a long-term preparation efforts together with costly fuel tank specimens. Thus a series of numerical simulations of the crash impact test with digital mock-ups is necessary even at the early design stage to minimize the possibility of trial-and-error with full-scale fuel tanks. In the present study the crash impact simulation of a few fuel tank configurations is conducted with the commercial package, Autodyn, and the resulting equivalent stresses and internal pressures are evaluated in detail to suggest a design improvement for the fuel tank configuration.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.3
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• pp.233-240
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• 2012

An experimental study to improve the impingement characteristics of the assist gas in laser cutting was carried out. For various assist-gas pressures, and locations and installation angles of the nozzle, the characteristics of the impingement of the jet from a supersonic rectangular nozzle were compared to those previously observed for typical circular nozzles. Schlieren flow visualizations and Pitot pressure measurements downstream of the kerf surface were utilized for this purpose. The present rectangular supersonic nozzle decreased the strength of the Mach disc occurring at the corner of the kerf surface, and thus, could weaken the separation of the assist gas on the kerf surface and increase the Pitot pressures downstream compared to conventional circular nozzles.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.23 no.2
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• pp.139-146
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• 2011

The breaking wave pressure occurs when a plunging breaker instantaneously impinges on structural surface, and appears differently depending on whether or not to form air pockets at the instant of contact. The Wagner type normally forms a single pressure peak at the contact spot due to the direct collision of water volume to the structure whereas in the Bagnold type the time lagged oscillation of the air pocket causes pressure peaks even at areas away from the spot. In the present study, the Bagnold's impact pressure is numerically and experimentally investigated for the bulkhead of an underwater tunnel under construction which is subjected to nearby breaking waves. A numerical solver of Navier-Stokes equations was applied to reproduce the breaking waves near a bulkhead, and the results showed the Bagnold's impact pressure occurring on the back (land side) face of the bulkhead. The existence of the impact pressure was also verified by a hydraulic model testing, and it was found that the experimental results well conformed to their numerical counterparts.

• Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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• v.12 no.2
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• pp.58-65
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• 2016

Since, in case of high energy piping, steam jets ejected from the rupture zone may cause damage to nearby structure, it is necessary to design it into consideration of nuclear power plant design. For the existing nuclear power plants, the ANSI / ANS 58.2 technical standard for high-energy pipe rupture was used. However, the US Nuclear Regulatory Commission (USNRC) and academia recently have pointed out the non-conservativeness of existing high energy pipe fracture evaluation methods. Therefore, it is necessary to develop a highly reliable evaluation methodology to evaluate the behavior of steam jet ejected during high energy pipe rupture and the effect of steam jet on peripheral devices and structures. In this study, we develop a method for analyzing the impact load of a jet by high energy pipe rupture, and plan to carry out an experiment to verify the evaluation methodology. In this paper, the basic data required for the design of the jet impact load experiment equipment under construction, 1) the load change according to the jet distance, 2) the load change according to the jet collision angle, 3) the load variation according to structure diameter, and 4) the load variation depending on the jet impact position, are numerically obtained using the developed steam jet analysis technique.

• Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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• v.14 no.2
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• pp.77-87
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• 2018

In the case of high-energy line breaks in nuclear power plants, supersonic steam jet is formed due to the rapid depressurization. The steam jet can cause impingement load on the adjacent structures, piping systems and components. In order to secure the design integrity of the nuclear power plant, it is necessary to evaluate the load characteristics of the steam jet generated by high-energy pipe rupture. In the design process of nuclear power plant, jet impingement load evaluation was usually performed based on ANSI/ANS 58.2. However, U.S. NRC recently pointed out that ANSI/ANS 58.2 oversimplifies the jet behavior and that some assumptions are non-conservative. In addition, it is recommended that dynamic analysis techniques should be applied to consider transient load characteristics. Therefore, it is necessary to establish an evaluation methodology that can analyze the dynamic load characteristics of steam jet ejected when high energy pipe breaks. This research group has developed and validated the CFD analysis methodology to evaluate the transient behavior of supersonic impinging jet in the previous study. In this study, numerical study on the transient load characteristics of supersonic steam jet impingement was carried out and amplitude and frequency analysis of transient jet load was performed.

• Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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• v.14 no.2
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• pp.1-10
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• 2018

Structures, systems and components of nuclear power plants should be able to maintain safety even in the event of design-basis accidents such as high-energy line breaks. The high-pressure steam jet ejected from the broken pipe may cause damage to the adjacent structures. The ANSI/ANS 58.2 code has been adopted as a technical standard for evaluating the jet impingement load. Recently, the U.S. NRC pointed out the non-conservativeness of the ANSI/ANS 58.2, because it does not take into account the blast wave effect, dynamic behavior of the jet, and oversimplifies the shape and load characteristics of the supersonic steam jet. Therefore, it is necessary to improve the evaluation method for the high-energy line break accident. In order to evaluate the behavior of supersonic steam jet, an appropriate numerical analysis technique considering compressible flow effect is needed. In this study, numerical analysis methodology for evaluating supersonic jet impingement load was developed and verified. In addition, the conservativeness of the ANSI/ANS 58.2 model was investigated using the numerical analysis methodology. It is estimated that the ANSI jet model does not sufficiently reflect the physical behavior of under-expanded supersonic steam jet and evaluates the jet impingement load lower than CFD analysis result at certain positions.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.221-221
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• 2011

수 Tera Watt급의 가속기 및 펄스파워 시스템은 다수의 스위치를 사용하고 있으며, 이와 같은 가속기 및 시스템의 성능은 기체방전 스위치의 성능에 직접적으로 관련되어 있다. 일반적으로 이와 같은 기체방전, 액체방전 고출력 스위치는 다목적으로 많은 연구와 개발에 응용되고 있다. 예를 들어 천둥 펄스전자빔 발생장치는 12개의 Marx gap 및 3개의 100 kV 펄스충전 전기트리거 gap을 가지고 있다. 기체 방전 또는 액체 방전 펄스 충전 갭 스위치의 음극에 펄스 고전압이 인가되면 이로 인하여 음극에서 전자빔이 발생한다. 내부에는 전자빔이 양극과 충돌하는 순간 양극표면에 플라스마가 형성된다. 이와 같은 플라스마 sheath는 축 방향 이극관 안에서 양극 충전 에서 음극으로 팽창하면서 전파하며, 또한 거의 동시에 음극표면에도 플라스마가 형성되어 음극에서 양극으로도 팽창하여 전파하게 된다. 이와 같은 펄스충전 고출력 갭 스위치 안에서 발생되는 방전 플라스마의 특성에 관한 갭 breakdown 과정에 대한 특성연구를 한다. 고출력 스위치의 특성 조건으로는 방전전압, 방전시간, jitter 등이 있다. 본 연구에서는 최대전압 600 KV, 최대전류 88 KA, 펄스 폭 60 ns의 특성을 가지는 고전압 펄스 시스템 '천둥'을 이용하여 방전 챔버에 고전압 펄스를 인가하고 N2와 SF6 혼합기체 종류와 압력에 따른 현상을 전기, 광학적으로 연구하였다. 전극은 구리텅스텐 합금재질의 표준전극을 사용하였고, 전극 간격은 20 mm로 고정하였다. 방전 챔버 압력을 100 torr에서 4 기압까지 변화시켜가며 실험을 진행하였고, N2에 대한 SF6의 혼합비율을 0%~100%까지 변화시키며 실험을 진행하였다. 실험결과 방전전압은 압력이 증가함에 따라 증가하다가 2 기압 이상에서는 완만히 증가하는 경향을 보였고, SF6 혼합비율은 0~10%까지 급격히 증가하고, 그 이상의 혼합비율에서는 완만히 증가하였다. 전자온도는 SF6 혼합비율이 0~10%일 때 급격히 증가하여 이후에는 포화되는 경향을 보였고, 압력에 따라서는 큰 경향성을 보이지 않았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.34-34
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• 2000

ZnO 박막은 대칭 육방정계(hexagonal) wurtzite-type crystal로써 결정구조에서의 이방성, 비화학양론 결합구조와 다양한 전기적, 광학적 그리고 타성파적 성질 때문에 현재 여러 응용분양에서 각광을 받고 있는 재료 중의 하나이다. 이러한 특성을 갖는 ZnO 박막은 결정학적으로 기판에 수직인 c-축 우선방위현상(preferred orientation)을 나타내며 압전 특성을 이용하여 응용을 할 경우 이 c-축 우선방위현상에 따라 압전 특성에 큰 차이가 있으며 ZnO 박막의 형성 조건에 의해 c-축 우성배향성은 큰 차이가 있다. 특히 스퍼터법을 이용하여 ZnO 박막을 형성하는 경우에는 투입전력, 기판온도, 분위기 가스압력, 타겟간 거리등의 증착조건에 의해 결정학적 및 전기적 특성이 크게 영향을 받게 된다. 따라서 결정학적으로 양호하며 고품위의 특성을 갖는 ZnO 박막을 제작하기 위해서는 최적의 증착조건을 확립하여 ZnO 박막을 제작할 필요가 있다. 본 연구에서 사용된 대향 타겟식 스퍼터장치는 두 개의 타겟이 서로 마주보게 배치되어 있고 양 타겟에 수직으로 분포하고 있는 자계가 ${\gamma}$-전자를 구속하게 되어 고밀도의 플라즈마를 형성할 수가 있다. 따라서 10-4Torr에서도 안정한 방전을 유지할 수가 있으며 기판의 위치가 플라즈마로부터 이격되어 (plasma-free)있는 위치에 있기 때문에 플라즈마내의 높은 에너지를 갖는 입자들의 기판충돌을 최대한 억제하여 고품위의ZnO 박막을 제작할 수가 있다. 이러한 특징을 갖는 대향타겟식스퍼터장치를 이용하여 본 연구에서는 비정질 slide glass를 기판으로 하여 ZnO 박막을 증착하였으며 XRD(X-ray Diffractometer)를 이용하여 증착된 ZnO 박막의 결정학적 특성을 측정하였다. ZnO 박막은 산소 가스압력과 기판온도, 인가 전류를 변화시켜가며 증착하였으며 이에 따른 박막의 결정성 변화를 알아보았다. 기판온도를 실온에서 점차 증가시켜나가면 $\Delta$$\theta$50은 급격히 감소하며 30$0^{\circ}C$에서는 결정성이 우수한 막을 얻을 수 있었다. 또한 산소 가스 압력이 0.5~1mTorr에서 $\Delta$$\theta$50은 양호한 값을 나타내었지만 그 이상에서는 c-축 배향성이 나빠짐을 확인하였다. 따라서 대향타겟식스퍼터 장치를 이용하여 ZnO 박막을 증착시 가스압력 0.5~1mTorr, 기판온도 20$0^{\circ}C$이상의 막 제작조건에서 결정성이 우수하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.102-102
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• 2010

수 Tera Watt급의 가속기 및 펄스파워 시스템은 다수의 스위치를 사용하고 있으며, 이와 같은 가속기 및 시스템의 성능은 기체방전 스위치의 성능에 직접적으로 관련되어 있다. 일반적으로 이와 같은 기체방전, 액체방전 고출력 스위치는 다목적으로 많은 연구와 개발에 응용되고 있다. 예를 들어 천둥 펄스전자빔 발생장치는 12개의 Marx gap 및 3개의 100 kV 펄스충전 전기트리거 gap을 가지고 있다. 기체 방전 또는 액체 방전 펄스 충전 갭 스위치의 음극에 펄스 고전압이 인가되면 이로 인하여 음극에서 전자빔이 발생한다. 내부에는 전자빔이 양극과 충돌하는 순간 양극표면에 플라스마가 형성된다. 이와 같은 플라스마 sheath는 축 방향 이극관 안에서 양극충전 에서 음극으로 팽창하면서 전파하며, 또한 거의 동시에 음극표면에도 플라스마가 형성되어 음극에서 양극으로도 팽창하여 전파하게 된다. 이와 같은 펄스충전 고출력 갭 스위치 안에서 발생되는 방전 플라스마의 특성에 관한 갭 breakdown 과정에 대한 특성연구를 한다. 고출력스위치의 특성 조건으로는 방전전압, 방전시간, jitter 등이 있다. 본 연구에서는 최대전압 600 KV, 최대전류 88 KA, 펄스 폭 60 ns의 특성을 가지는 고전압펄스 시스템 '천둥'을 이용하여 방전 챔버에 고전압 펄스를 인가하고 N2와 SF6 혼합기체 종류와 압력에 따른 방전 현상을 연구하였다. 전극은 구리텅스텐 합금재질의 표준전극을 사용하였고, 전극 간격은 20 mm로 고정하였다. 방전 챔버 압력을 100 torr에서 4 기압까지 변화시켜가며 실험을 진행하였고, N2에 대한 SF6의 혼합비율을 0%~100%까지 변화시키며 실험을 진행하였다. 방전 챔버에는 C-dot probe와 B-dot probe를 설치하여 전압과 전류를 측정하였고, C-dot probe 와 B-dot probe는 각각 Northstar사의 10000:1 고전압 probe와 rogowiski coil을 이용하여 시준 하였다. 실험결과 방전전압은 압력이 증가함에 따라 증가하다가 2 기압 이상에서는 완만히 증가하는 경향을 보였고, SF6 혼합비율은 0~10%까지 급격히 증가하고, 그 이상의 혼합비율에서는 완만히 증가하였다. 방전개시시간은 혼합기체 압력에 따라 증가하며 1기압 이상에서는 급격히 증가 하였다. SF6 혼합비율에 따라서는 1 기압 조건까지는 큰 차이가 없었으나 2 기압부터는 급격히 증가하였다. 안정성을 나타내는 jitter는 SF6 100%일 때 가장 컸으나 혼합기체의 변화에 따른 큰 차이는 없었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.28 no.8 s.227
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• pp.887-894
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• 2004

A technique of mixing enhancement by using an elliptic jet screech reflector has been examined experimentally in an underexpanded sonic round jet where jet screech tone is generated. Since jet screech is known to enhance jet spreading, a reflector was designed to focus jet screech waves near the nozzle lip at an underexpanded jet. The reflector has an elliptic cross section of which one focus is located near the nozzle lip and the other in the jet screech source region in a plane including the jet axis. In the jet with the elliptic reflector, the mass flow rate showed a significant increase in the jet entrainment when compared to that for the small disk reflector. This was attributed to the increased screech amplitude near the nozzle lip as well as the mode change of the jet. The jet mixing was also increased by the amplified jet screech at two other underexpanded jets, but the jet oscillation mode did not change.