• 한국항공우주학회지
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• 제47권12호
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• pp.831-840
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• 2019

플러시 대기자료 측정장치는 비행체 표면에서 측정되는 압력 데이터를 이용하여 대기자료를 예측한다. FADS는 돌출된 프로브가 없으므로 고성능 항공기, 스텔스 비행체 및 극초음속 비행체에 적합하다. 본 논문에서는 구-원추 형상을 갖는 비행체에 대해서 아음속부터 초음속 비행까지 대기자료를 예측할 수 있는 FADS의 교정 절차와 계산 알고리즘을 제시한다. 표면 압력 데이터 측정을 위해 노즈부 표면에 5개 플러시 압력공들을 마련하였다. 유동각 예측과 압력 관련 변수의 예측을 분리하는 개념이며, 아음속 유동의 포텐셜 유동해와 극초음속 유동의 수정 뉴톤식을 결합한 압력모델을 사용한다. 교정 압력 데이터는 Euler 방정식을 푸는 전산유체역학 코드를 만들어서 마흐수 0.5 ~ 3.0의 범위에서 구축하였다. 비행 마흐 수 0.6~3.0, 받음각과 옆미끄럼각은 각각 -10° ~ +10°의 범위에서 여러 비행조건에 대해서 테스트를 수행하였다. 예측된 대기자료는 받음각, 옆미끄럼각, 마흐수, 자유류 정압이며 참고 데이터와 비교하여 정확도를 분석하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권4호
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• pp.255-267
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• 2020

SLD 조건은 직경이 50㎛ 이상인 과냉각대형액적의 분포가 지배적인 결빙 환경을 뜻한다. SLD 조건에서는 액적의 큰 크기로 인해 wall-droplet interaction, deformation 등의 물리적 현상이 착빙 과정에 중요한 영향을 미친다. 그에 따라 SLD 효과를 수치적으로 모사하기 위한 다양한 연구가 수행되었고, 부착률을 수정하는 후처리 기법을 통해 wall-droplet interaction 현상을 고려하는 방법이 제안되었다. 그러나 이 방법은 액적이 충돌하는 벽면 특성을 제대로 고려하지 않는 반경험식(Wright Model)을 사용하기 때문에 착빙 영역에서 여전히 부착률과 부착 한계를 과대 예측한다. 이 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 착빙 영역을 세 개의 영역으로 구분하였다. 그리고 벽면 특성을 고려하는 Bai and Gosman rebound 모델을 바탕으로 개발한, 새로운 wall-droplet interaction 모델을 후처리 기법에 도입했다. 그리고 액적의 항력계수를 증가시키는 deformation 현상을 반영하기 위해 3가지 deformation 모델을 비교·분석하여 가장 적합한 모델을 선정했다. 앞의 내용을 바탕으로 개발한 SLD 결빙 예측 코드를 검증하기 위해 실험 데이터를 활용하여 해석을 수행했다. 그 결과 수정된 후처리 기법은 착빙 영역에서 rebound 현상에 의한 부착률 감소를 더욱 크게 예측하였고 부착 한계와 부착률 크기를 예측하는 데 있어 향상된 정확성을 보여줬다. 그리고 deformation에 의한 항력계수의 증가를 가장 크게 결정하는 Wiegand model이 실험과 가장 유사한 것을 확인할 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권2호
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• pp.119-125
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• 2017

로켓 노즐에 적용되는 내열재는 고온의 연소가스에 노출되어 표면이 파괴되고 내부의 수지재질이 열분해되는 복잡한 열화학적 변화를 겪으며 이러한 현상을 예측해야 노즐의 내열설계가 가능하다. 따라서 본 연구에서는 로켓 노즐 유동장과 탄소계 내열재의 표면삭마 및 내부 열반응을 통합하는 코드를 개발하여 노즐의 표면변화와 내열재 내부의 열응답을 도출하고자 하였다. 노즐 열유동장에서 발생하는 표면 열유속과 내열재 내부 열전도를 계산하기 위해 CFD를 사용하였으며 내열재 내부에서 발생하는 밀도변화와 흡열반응을 내부 에너지 방정식에 고려하였다. 또한 내열재 표면에서의 삭마계산을 위해 경계층 가정이 적용된 대수식을 이용하였다. 개발된 해석기법을 검증하기 위해 소형 시험모터에 대한 해석을 수행하였으며 해석결과 노즐 목의 삭마가 다소 크게 예측되었으나 내열재 형상변화 및 내부 열전도가 잘 해석되는 것을 확인하였다. 또한 실험에서 측정된 온도와 비교 시 가열 구간에서 유사한 가열 속도를 나타내는 것을 확인하였으며 온도 오차는 100K 내외로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.493-504
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• 2008

본 논문은 유한요소법을 이용하여 Edwards MIRA 기계식인공심장판막에 높은 혈압이 작용할 때 발생하는 비선형 탄성 변형률을 계산하였다. 상용 유한요소해석 코드인 MISA의 수치해석기법을 채택하여 Edwards MIRA 기계식인공심장판막에 대하여 판첨의 두께를 조금씩 변화시키면서 구조해석을 수행하여 판첨내에 발생하는 최대응력이 판첨재질(Si-Alloyed PyC)의 항복응력보다 작도록 판첨 표면에 혈압이 작용할 시에 판첨에 발생하는 탄성변형률을 계산하였다. 따라서 높은 혈압 작용 시에 판첨의 재질에 따른 물질비선형변형률 보다는 구조적인 기하학적 형강비선형변형률만이 예상되기 때문에 오직 기하학적 형상비선형성만 가정되었다. 계산된 선형, 비선형 변형률들은 발생한 탄성변형률의 비선형성을 확인하기 위하여 비교검토 되었다 비교검토 결과는 비교적 매우 얇은 판첨에서 혈압이 높게 작용할 때에 높은 탄성변형률이 발생하는 것을 보여주고 있다. 그렇지만 동시에 해석결과는 매우 낮은 혈압이나 매우 두꺼운 두께의 판첨에서는 높은 혈압이 작용하더라도 매우 작은 탄성변형률이 발생함을 보여주고 있다. 따라서 기계식인공심장판막의 구조설계 시 비선형 구조해석은 꼭 필요함을 알 수 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권8호
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• pp.781-787
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• 2011

본 연구에서는 4단으로 구성된 LNG 플랜트용 프로판 냉매 원심 압축기 각 단의 설계점에 대해 상용 코드를 이용하여 공력설계를 하였다. 1차원 공력 설계 결과와 3차원 유로 형상의 타당성은 유동해석을 통해 확인하였다. 특히 입구전압이 높고 회전수가 큰 4단 압축기 임펠러의 유로와 베인리스 디퓨저 내부 유동에 대한 속도장, 압력장 및 엔트로피 등의 유동특성에 대해 고찰하였고, 아울러 익단 간극이 유동장에 미치는 영향에 대해서도 알아보았다. 본 연구 결과는 프로판 냉매 압축기의 시스템 제작에 활용될 것이며 추후 실제 실험결과와 비교하고자 한다. 향후 설계된 프로판 냉매압축기에 대한 LNG 플랜트에서의 실증시험을 통해 구체적인 설계결과에 대한 평가 및 설계 개선이 이루어지리라 생각한다.

• 한국융합학회논문지
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• 제9권3호
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• pp.257-263
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• 2018

고주파 열치료법은 1MHz 이상의 RF 고주파 전류를 전극을 통해 종양조직으로 공급, 가열하여 종양조직의 온도를 $42.0^{\circ}C$이상으로 상승시켜 열괴사시키는 치료법으로 알려져 있다. 인체 내에서 전자기에너지의 흡수와 전달을 위한 수학적으로 모델링과 생물학적인 신체조직의 온도 필드 분포의 해석과 평가를 통해 생체조직을 구성하는 분자들이 진동하면서 서로 마찰되어 열에너지로 전환되는 과정을 분석할 수 있다. 본 논문에서는 3차원 모델의 기하학적 형상의 성인남자 표준모델을 토대로 인체모형을 설정하고, 계산은 유한체적법 코드를 활용하였다. 인체에 전극을 장착하여 외부에서 유도되는 자기장을 모사한 쥴열이 공급되는 것으로 가정하였고 이에 대한 온도분포를 0-1,200초 동안 해석하였다. 시뮬레이션의 결과, 전달된 에너지는 전극의 가장자리로부터 전극의 안쪽으로, 피부 표면으로부터 피하층으로 점진적으로 침투되어 폐종양세포에 전달되어 종양이 열괴사하는 과정을 확인할 수 있었다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 1996년도 추계학술대회논문집; 한국과학기술회관, 8 Nov. 1996
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• pp.65-70
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• 1996

엔진소음을 소음특성에 따라 분류하면 공력소음(Aerodynamic Noise), 연소소음(Combustion Noise), 기계적인 소음(Mechanical Noise)으로 나눌 수 있으며 소음원의 종류에 따라 분류하면 배기계소음(Exhaust System Noise)으로 나눌 수 있으며 소음원의 종류에 따라 분류하면 배기계소음(Exhaust System Noise), 흡기계소음(Intake System Noise), 냉각계소음(Cooling System Noise), 엔진표면소음(Engine System Noise)등으로 분류할 수 있다. 이러한 여러소음중 엔진 내부의 유동에 의한 흡배기계통으로의 소음방출은 자동차 실 내외 소음의 중요한 문제로 대두되는데, 이를 줄이기 위해 그 동안 소음기 등의 서브시스템의 형태와 그 위치조정에 관한 연구가 수행되어 왔다. 그러나 이것이 비용 또는 성능에 영향을 미치므로 본질적인 소음원을 규명해 내는 것이 필요하게 되었다. 흡배기계의 소음은 엔진의 흡입, 배기행 정시 피스톤의 운동에 의해 팽창 및 압축파 형태의 압력파(pressure wave)로 발생하게 되고, 밸브근방에서는 유동의 박리(separation)에 의해 발생하게 된다. 소음기 등의 서브시스템에서도 유동의 박리에 의해 발생하게 되며 특히 배기행정시 발생하는 압력파는 비선형영역에 있게된다. 흡기소음은 배기에 비해 그 크기가 작아서 그동안 등한시 되어왔으나 이것이 소비자의 불평요인으로 작용하므로써 이에 대한 연구도 활발히 수행되어야 한다. Bender, Bramer[1]는 흡배기계 소음의 외부 방사에 관하여 전반적으로 기술하였고 Sierens등[2]은 흡기계에서 1차원 MOC(Method of Characteristics)방법으로 비정상 유동해석을 하고 실험결과와 비교하였다. J.S.Lamancusa 등[3]은 흡기 소음원을 실험을 통해 예측하였고, 흡기소음도 비선형 거동을 보인다고 밝혔다. Yositaka Nishio 등[4]은 새로운 흡기실험장치를 고안하여 공명기(resonator)의 위치 변화에 의한 저소음 흡기계를 설계 초기단계에서부터 적용하려 하였다. 일반적으로 흡배기계의 복잡한 형상 때문에 대부분 실험을 통해 문제를 해결하려 하였고, 수치해석은 피스톤의 운동을 배제한 단순화한 흡배기계의 정상상태 유동해석이 주를 이루어왔다. Taghaui and Dupont 등[5]은 KIVA코드를 사용하여 흡기포트와 연소실 그리고 밸브의 움직임을 동시에 고려한 수치해석을 도입하였다. 하지만 이들이 밸브의 운동을 고려하기 위해 사용한 이동격자는 격자점은 시간에 따라 변화하지만 그 격자의 수가 일정하게 유지되어 있어서 밸브의 완전개폐를 해석할 수가 없다. 강희정[6]은 단일 실린더와 단일 배기밸브를 갖는 문제로 단순화하여 피스톤과 밸브의 움직임을 고려하므로써 배기행정 후 소음이 어떻게 전파해 나가는가를 연구하였다. 본 연구에서도 최소밸브간격과 최대밸브간격 사이에서만 계산이 가능하나 흡기의 경우는 밸브가 닫힐 때 생기는 압력파가 중요하므로 실린더와 밸브사이에 벽면조건을 주어 밸브의 개폐를 모사하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.118-124
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• 2017

본 연구에서는 상용코드인 Fluent(v.17.1)을 사용하여 수치해석을 진행하였으며, 지하복합발전 플랜트의 형상을 단순화하여 파공 크기 및 파공 위치에 따른 가스 누출에 관한 해석을 진행하였다. 누출 가스는 메탄으로 설정하였다. 파공 크기는 10 mm, 20 mm로 설정하였으며, 파공 위치는 파이프 엘보우 부근, 가스터빈 부근에서 가스가 누출될 경우로 가정하여, 총 4가지 Case에 대해 비교 및 분석을 진행하였다. 가스 누출을 분석하기 위해 연소 하한계의 개념을 바탕으로 누출 거리를 정의하여 종 방향, 횡 방향으로의 거리를 추정하여 정량적으로 분석하였다. 결과적으로 동일 위치에서 파공 크기에 따라 누출거리가 최대 52.3 %의 차이를 보이며 종 방향의 누출 거리가 달라지는 것을 알 수 있었다. 그리고 동일 파공 크기일 때, 파공 위치에 따라 최대 34.8 %의 차이를 보이며 가스의 확산 경향이 달라지게 된다. 공기보다 가벼워 부력의 영향으로 상승하던 가스가 장애물로 인해 수평방향으로 확산이 제한되어 장애물이 없는 경우보다 재순환이 빨라지게 된다. 따라서 종 방향 누출거리와 횡 방향 누출거리가 파공 크기 및 파공 위치에 따라 다른 성장 거동을 보인다. 이와 같은 결과는 지하 복합발전 플랜트와 같은 밀폐공간에서 가스 센서의 위치 및 개수를 최적화 하는데 유용한 데이터가 될 것으로 보인다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.1-9
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• 2021

A60급 갑판 관통 관은 선박과 해양플랜트의 화재 발생 시 인명의 보호와 화염전파를 방지하기 위해 갑판 구획에 설치되는 방화 장치이다. A60급 갑판 관통 관이 새로 개발되거나 기존의 설계가 변경될 경우 국제해사기구의 화재시험절차 규정에 따라 A60급 갑판 관통 관의 방화성능을 검증하도록 요구하고 있다. 따라서, 본 논문에서는 신규 개발된 선박과 해양플랜트용 A60급 갑판 관통 관의 방화 설계의 적합성을 평가하기 위해 과도 열전달 해석을 수행하였고, 화재시험을 통해 해석결과의 타당성을 검증하였다. 또한 A60급 갑판 관통 관의 열전달 특성은 관의 직경, 내부형상 그리고 재질과 같은 설계 사양에 따라 비교하여 검토하였다. 과도 열전달 해석은 범용 유한요소법 소프트웨어인 ABAQUS/Implicit를 사용하여 수행하였으며, 해석결과의 검증을 위한 화재시험은 해사안전위원회에서 규정한 화재시험절차 코드에 따라 수행하였다. 본 연구에서 검토한 A60급 갑판 관통 관의 방화성능은 국제 해상안전규정을 만족하였고, 재질 사양의 설계가 중요한 것으로 나타났다. 최대 시험온도를 기준으로 SUS316L 재질의 측정온도는 S45C 재질보다 평균적으로 25% 낮게 나타났고, 이때 각 재질의 열전도계수와 비열의 차이는 각각 17%와 58%였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권7호
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• pp.1231-1237
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• 2022

본 논문에서는 AI 기반 설계 탐색 기법을 활용하여 선박의 주요 치수 최적화를 수행하였다. 설계 탐색 기법은 최적화 프로그램 HEEDS의 SHERPA 알고리즘을 사용하였다. 유동 해석은 상용 CFD 코드인 STAR-CCM+를 사용하였고, 주요 치수 변환은 전처리 과정에서 JAVA Script와 Python을 사용하여 선박의 치수가 자동으로 변환되도록 설정하였다. 대상 선박은 소형 쌍동선형으로 주요 치수 최적화는 한쪽 선형의 길이, 폭, 흘수 그리고 단동선형 간의 간격에 대하여 수행되었다. 최적화 알고리즘에 사용된 목적함수는 총저항이며, 내부 의장 시스템의 크기 등을 고려한 배수 체적의 범위를 제한조건으로 선정하였다. 그 결과 최적 선형의 주요 치수는 기존 선형 대비 ±5% 내에서 변화가 있었고 총저항은 약 11% 개선된 결과를 보였다. 본 연구를 통해 선박의 형상을 직접 변경하지 않더라도 주요 치수 최적화를 통해 선박의 저항 성능이 향상됨을 확인하였고, 다양한 선박의 주요 치수 최적화를 통한 성능 향상에 활용이 될 것으로 기대한다.