• 제목/요약/키워드: 3-Dimensional Flow Analysis

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3차원 포인트 클라우드 기반 복셀화에 의한 식생의 물리적 구조 재구현 (Reconfiguration of Physical Structure of Vegetation by Voxelization Based on 3D Point Clouds)

  • 안명희;장은경;배인혁;지운
    • 대한토목학회논문집
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    • 제40권6호
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    • pp.571-581
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    • 2020
  • 하천에 광범위하게 활착되는 식생은 수위 변화 및 흐름 저항에 절대적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 하천 시스템 전반에 영향을 미치는 중요 요소이다. 따라서 유입되는 식생의 형태와 규모를 정확하게 파악하는 것이 매우 중요함에도 불구하고 현장에서 이를 파악하기란 쉽지 않은 일이다. 따라서 최근에는 지상 레이저 스캐닝 등을 활용하여 대용량의 식생 정보를 취득하는 연구가 시도되고 있다. 그러나 식생의 복잡한 형상으로 인해 캐노피 영역의 정확한 정보를 획득하기 어려우며, 자연적인 영향에 매우 민감하게 반응한다는 한계가 있다. 본 연구에서는 3차원 지상 레이저 스캐닝을 통해 수집된 고해상도의 포인트 클라우드 데이터를 복셀 형식으로 재구현하여 식생의 물리적 구조를 분석하였다. 먼저 잎이 없는 단순한 형태, 잎이 있는 완전한 형태의 식생 및 패치 규모 식생 조건으로 설정하여 각각의 물리적 구조를 분석하였다. 이를 위해 측정된 데이터의 이상치 제거 및 불필요한 데이터의 필터링을 위해 통계적 이상치 제거 방법을 활용하여 각각 17 %, 26 %, 25 %의 포인트를 제거하였다. 또한 후처리 된 포인트 클라우드로부터 복셀 크기별 식생 형상을 재구현하여 실제 식생의 부피와 비교하였으며, 분석 결과, 오차 범위는 각 조건별로 8 %, 25 %, 63 %로 나타났다. 대상 샘플의 규모가 클수록 더 큰 오차가 발생하였으며, 복셀 크기 조정 시 식생의 표면이 시각적으로 비슷하게 보이지만 전체 식생의 부피는 이러한 변화에 매우 민감한 것으로 나타났다.

시추공 텔리뷰어 및 BIPS의 영상자료 해석을 통한 파쇄매질의 투수율텐서 계산 프로그램 개발 및 현장 적용성 평가 (Program Development to Evaluate Permeability Tensor of Fractured Media Using Borehole Televiewer and BIPS Images and an Assessment of Feasibility of the Program on Field Sites)

  • 구민호;이동우;원경식
    • 지질공학
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    • 제9권3호
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    • pp.187-206
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    • 1999
  • 시추공 텔리뷰어 및 BIPS의 공내 검층자료를 이용하여 파쇄매질이 나타내는 투수율텐서를 수치적으로 계산하는 프로그램을 개발하였다. 본 프로그램은 검층자료의 분석을 통해 제공되는 불연속면의 방향과 두께등의 기하학적인 정보를 입력자료로 사용하며, EPM 모델에 근거한 관계식을 적용하여 투수율텐서를 구성하는 9개 성분의 상대적인 값을 계산한다. 거제시 일운면에 위치하는 연구지역 시추공을 대상으로 수리간섭 시험을 실시하여 암반의 이방성을 추정하였으며 BIPS 검층자료로부터 프로그램에 의하여 산정된 이론값과 비교, 분석하여 프로그램의 현장 적용성을 평가하였다. 수리간섭시험을 통하여 추정한 연구지역 암반의 수평적인 이방성비와 주축방향은 2.8 및 $N77^{\circ}CE$인 반면, 프로그램을 적용하여 산정한 값은 3.0 및 $N63^{\circ}CE$로 나타냈다. 두 결과가 불일치한 이유로는 수리간섭시험 해석결과의 신뢰성, EPM모델 및 3승법칙의 현장 적용성, 프로그램에서 가정한 단열의 크기-두께 관계식의 단순화 등의 문제점을 들 수 있다. 개발된 프로그램은 투수율텐서를 계산하는 초기모델로서 단열면의 거칠기, 충전물질의 충전정도 및 수리특성을 반영하는 수리인자의 적용을 통한 개선이 요구되며, 암반의 투수성이 양호하며 시추공 간의 거리가 가까운 연구지역에서 시추공간 수압시험을 실시할 때 3차원의 현장적용성 평가가 가능할 것으로 판단된다.

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연직 유공벽의 수두손실 결정을 위한 수치해석 (Numerical Analysis on the Determination of Head Loss by Perforated Vertical Walls)

  • 전인식;이성엽;박경수;안동근
    • 한국해안해양공학회지
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    • 제19권3호
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    • pp.194-204
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    • 2007
  • 흐름이 연직유공벽을 통과할 때 발생하는 수두손실을 수치해석과 수리실험을 통하여 고찰하였다. 수치 해석에 대해서는 유공벽 전 후의 검사체적에 연속방정식, 모멘텀 방정식, 그리고 에너지 방정식을 적용하였으며 주어진 하류 쪽 수심과 유속에 대하여 상류 쪽 수심 및 유공벽 수두손실을 계산할 수 있는 무차원 관계식을 유도 하였다. 수리실험은 단일유공판과 삼중유공판에 대하여 각각 수행하였다. 단일유공판에 대한 계산결과와 실험결과를 비교하여 유공부 오리피스에서 연직 선형 제트류의 수축계수가 개구율뿐만 아니라 하류 쪽 Froude 수에도 의존함을 밝혔으며, 실험결과에 근거하여 수두손실을 계산하기 위한 실험식을 제시하였다. 단일유공판의 실험식을 삼중유공판에 대하여 하류에서 상류 쪽으로 축차적으로 적용한 결과, 예측치와 실험결과가 대체적으로 잘 일치함을 확인하였다.

양산용 80 kW급 RF Plasma Torch System 개발 및 Si 나노분말 제조 공정 연구 (Development of 80 kW RF Thermal Plasma Torch System for Mass Production and Research of Si Nano-Powder Manufacturing Process)

  • 송석균;손병구;김병훈;이문원;신명선;최선용;이규항;김성인
    • 한국진공학회지
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    • 제22권2호
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    • pp.66-78
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    • 2013
  • 80 kW RF 플라즈마 토치 시스템을 개발하기 위하여, 토치 시스템에 대한 온도, 유체 거동 분석 등의 보다 많은 정보의 추출을 위하여 3차원 시뮬레이션을 진행했다. 파우더 주입관 위치, 입력 전류 변화에 따른 플라즈마 생성 특성, 세라믹 원통관 길이에 따른 플라즈마 방전 특성, 및 공정가스 유량에 따른 플라즈마 온도특성 등을 시뮬레이션 했다. 시뮬레이션을 통해 설계 제작된 RF 열 플라즈마 토치의 경우, 최대 89.3 kW까지 파워 인가가 측정되었다. 개발된 80 kW급 RF 열 플라즈마 토치 시스템의 양산성 평가로 Si 나노분말을 제조하고 특성을 고찰하였다. Si 나노분말의 생산량이 평균 539 g/hr의 양산 수준과 71.6%의 높은 수율을 달성했으며, 제조된 나노 분말은 $D_{99}/D_{50}$가 1.98의 좋은 입경 균일 분포도를 나타내었다.

가상현실 게임을 적용한 물리치료가 무릎 수술 후 환자의 통증, 기능 변화, 삶의 질, 동기부여에 미치는 영향 (Effects of Physical Therapy Combined with Virtual Reality Games on Pain, Function, Quality of Life, And Engagement in Post-Knee-Surgery Patients)

  • 김홍길;정주현
    • PNF and Movement
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    • 제21권3호
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    • pp.345-356
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    • 2023
  • Purpose: The aim of this study was to investigate the effects of physical therapy combined with a virtual reality (VR) game on pain, quality of life (QOL), engagement, and knee function in post-knee-surgery patients. Methods: Twenty-four patients who had undergone knee surgery four weeks or more before the study were recruited. Two withdrew from the study during the four-week experimental period, and a total of 22 patients were included in the final analysis. Routine physical therapy consisting of electrostimulation (10 min.) and therapeutic massage (10 min.) was the base intervention for all groups. The experimental group (n = 10) was additionally exposed to a VR game intervention, while the control group (n = 12) underwent an intervention involving similar motions as the experimental intervention but with no VR. The intervention for the experimental group used the game Rig Fit Adventure on Nintendo switch. Both groups underwent their respective interventions 3 times a week (35 min. per session) for 4 weeks. Pain was assessed using the numeric rating scale (NRS), and QOL was assessed using the EuroQol five-dimensional five-level questionnaire (EQ-5D-5L). Engagement was assessed using the Korea flow state scale (K-FSS). Finally, knee movement and function were assessed based on knee flexion and extension, range of motion (ROM), and Western Ontario and McMaster Universities Arthritis Index (WOMAC). Results: After the four-week physical therapy, both groups showed significant reductions in pain (on the NRS), increased knee ROM (flexion), better WOMAC scores, and increased EQ-5D-5L scores (p < 0.05), with the experimental group showing significantly better improvements in EQ-5D-5L and K-FSS scores (p < 0.05). Conclusion: The results of this study confirm that a VR-game-integrated intervention is effective for improving pain, QOL, engagement, and knee function in post-knee surgery patients and that VR-game-integrated interventions could be therapeutic alternatives for patients bedridden for prolonged periods with little motivation for rehabilitation.

설비공학 분야의 최근 연구 동향 : 2016년 학회지 논문에 대한 종합적 고찰 (Recent Progress in Air-Conditioning and Refrigeration Research : A Review of Papers Published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering in 2016)

  • 이대영;김사량;김현정;김동선;박준석;임병찬
    • 설비공학논문집
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    • 제29권6호
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    • pp.327-340
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    • 2017
  • This article reviews the papers published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering during 2016. It is intended to understand the status of current research in the areas of heating, cooling, ventilation, sanitation, and indoor environments of buildings and plant facilities. Conclusions are as follows. (1) The research works on the thermal and fluid engineering have been reviewed as groups of flow, heat and mass transfer, the reduction of pollutant exhaust gas, cooling and heating, the renewable energy system and the flow around buildings. CFD schemes were used more for all research areas. (2) Research works on heat transfer area have been reviewed in the categories of heat transfer characteristics, pool boiling and condensing heat transfer and industrial heat exchangers. Researches on heat transfer characteristics included the results of the long-term performance variation of the plate-type enthalpy exchange element made of paper, design optimization of an extruded-type cooling structure for reducing the weight of LED street lights, and hot plate welding of thermoplastic elastomer packing. In the area of pool boiling and condensing, the heat transfer characteristics of a finned-tube heat exchanger in a PCM (phase change material) thermal energy storage system, influence of flow boiling heat transfer on fouling phenomenon in nanofluids, and PCM at the simultaneous charging and discharging condition were studied. In the area of industrial heat exchangers, one-dimensional flow network model and porous-media model, and R245fa in a plate-shell heat exchanger were studied. (3) Various studies were published in the categories of refrigeration cycle, alternative refrigeration/energy system, system control. In the refrigeration cycle category, subjects include mobile cold storage heat exchanger, compressor reliability, indirect refrigeration system with $CO_2$ as secondary fluid, heat pump for fuel-cell vehicle, heat recovery from hybrid drier and heat exchangers with two-port and flat tubes. In the alternative refrigeration/energy system category, subjects include membrane module for dehumidification refrigeration, desiccant-assisted low-temperature drying, regenerative evaporative cooler and ejector-assisted multi-stage evaporation. In the system control category, subjects include multi-refrigeration system control, emergency cooling of data center and variable-speed compressor control. (4) In building mechanical system research fields, fifteenth studies were reported for achieving effective design of the mechanical systems, and also for maximizing the energy efficiency of buildings. The topics of the studies included energy performance, HVAC system, ventilation, renewable energies, etc. Proposed designs, performance tests using numerical methods and experiments provide useful information and key data which could be help for improving the energy efficiency of the buildings. (5) The field of architectural environment was mostly focused on indoor environment and building energy. The main researches of indoor environment were related to the analyses of indoor thermal environments controlled by portable cooler, the effects of outdoor wind pressure in airflow at high-rise buildings, window air tightness related to the filling piece shapes, stack effect in core type's office building and the development of a movable drawer-type light shelf with adjustable depth of the reflector. The subjects of building energy were worked on the energy consumption analysis in office building, the prediction of exit air temperature of horizontal geothermal heat exchanger, LS-SVM based modeling of hot water supply load for district heating system, the energy saving effect of ERV system using night purge control method and the effect of strengthened insulation level to the building heating and cooling load.

격자기반의 지형 및 지리정보자료와 GIS분석기법을 이용한 유역의 유출량 및 오염부하량 추정 (Estimation of Flows and Pollutant Loads from GIS Analysis using Cell-based Geospatial and Georgraphic Information Data)

  • 조재명;이미란;윤홍식
    • 한국측량학회지
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    • 제29권4호
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    • pp.381-392
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    • 2011
  • 본 연구는 하천 유역에 대한 수문분석의 대표적인 요소인 유출량과 오염부하량을 추정하는데 있어서 기존의 수문학적 모델링 방법과는 달리 GIS분석기법을 적용하였다. 분석을 위한 기본 자료로는 토양도, 토지이용도, 수계도, 강수량 등의 유역형태 및 기상학적 특성을 정량화한 지리정보자료와 수치표고모형과 같은 지형 자료를 이용하였다. 토양, 토지 이용 인자에 대한 기준값으로는 미국토양보존국(SCS)에서 제시하고 있는 토양 분류 기준 및 유출곡선지수(CN)와 환경부에서 제시하고 있는 토양의 기대평균농도(EMC)를 적용하였다. 고흥군 고읍천 유역의 2010년 7월~8윌의 9개 강우사상에 대하여 유출량 및 오염부하량의 추정값과 실측값을 비교한 결과, 유출량은 평균 3.86%의 차이를 갖으며, 오염부하량은 평균 5.67%의 차이를 갖는 것으로 분석되었다. 그러나 각 강우사상별 분석결과 추정 유출량은 강우량이 적을수록 그 오차가 매우 커지며, 추정 오염부하량은 강우량 및 계절의 변화에 따라 오차량에 차이가 있는 것으로 분석되었다. 향후 우리나라의 토양 및 토지이용에 적합한 배수 분류기준과 지역별 특성을 고려한 기대평균농도가 제시된다면 보다 정확한 유출량 및 오염부하량의 추정이 가능할 것으로 판단된다.

V형 여울에서 발생하는 세굴에 관한 실험 연구 (An Experimental Study on Scour at V-shaped Riffle)

  • 유대영;박정환;우효섭
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제36권3호
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    • pp.507-520
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    • 2003
  • V형 여울은 하천 양안에 설치하여 여울의 가운데로 물의 흐름을 집중시켜 하도 중앙 직하류에 세굴로 인한 소(pool)를 형성하는 역할을 하는 인공 여울이다. V형 여울의 설치 목적은 평탄화된 하도에 소를 형성시켜 갈수시 어류의 서식처 노는 피난처를 제공하고, 홍수시에는 유속이 약한 구간을 발생시켜 어류의 피난처를 제공하는 것이다. 본 연구에서는 V형 여울의 수리 모형 실험을 실시하여 각 조건에 따른 세굴심을 측정하여 세굴 특성을 분석하였고, 나아가 수리량 조건 및 V형 여울 형태와 세굴 간의 정량적인 관계를 실험 결과로부터 도출하였다. 또한 V형 여울과 형태가 유사한 수제에서의 세굴심에 대한 기존의 연구 결과와 V형 여울의 경우를 비교하였다. 그 결과 Breusers와 Raudkivi(1991)가 제안한 수제에서의 세굴심 예측식은 V형 여울에서의 세굴심을 과소평가하지만 V형 여울께서의 세굴 특성을 일부 반영하는 것으로 나타났다. V형 여울의 세굴에 영향을 주는 인자들의 무차원화를 통해 V형 여울에서의 세굴심 예측식을 제안하였고 제안된 예측식은 V형 여울의 적용에 있어서 세굴심을 추정하는데 사용될 수 있고 판단된다. V형 여울의 세굴에 지배적인 영향을 주는 인자는 여울 중앙에서의 프루드 수이고, 그밖에 여울과 흐름의 각도와 여울 개구부의 폭도 부분적으로 영향을 준다.

전자선 단층 촬영을 이용한 관상동맥 우회로 개존의 비침습적 평가 (Noninvasive Evaluation of Coronary Artery Bypass Graft Patency by Electron Beam Tomography)

  • 최규옥;김호석;조범구
    • Journal of Chest Surgery
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    • 제32권8호
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    • pp.693-701
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    • 1999
  • 최근 혈관 질환의 진단을 위한 비침습적 영상이 발달하면서, 기존의 도자술은 중재적 치료에 국한되는 실 정이다. 그러나 관상동맥이나 우회로는 작은 직경, 심박동 움직임 등으로 도자술이 아직도 진단에 필수적이 며, 비침 응\ulcorner영상 진단의 마지막 도전 영역이다. 전자선 단층 촬영기는 높은 시간 해상능으로 심장 영상을 얻을 수 있다. 전자선 단층 촬영을 이용하여 모관상 동맥 협착이나 관상동맥 우회로 이식술 후 개존성의 평 가가 시도되고 있으며, 이중 관상동맥 우회로술 평가의 정확도는 매우 높아서 임상 적용이 가능하다. 저자와 다른 연구자의 경험에 의하면 복재 정맥은 넓은 직경, 비교적 짧고 직선적인 경로, 심박동에 덜 영 향 받음으로써 EBT조영술의 정확도가 높았다. 전향적 민감도와 특이도가 각각 92%, 97%를 보였다. 그러나 위양성과 위음성을 보인 두 예는 후향적으로 분석 할 때 경험 부족에 의한 초기의 판독 오류로 사료되어 복 재 정맥의 경우 후향적으로는 100%의 정확도를 보였다. 반면 내유동맥 이식혈관은 작은 내경과 주변의 수술 클립에 의한 인공산물로 개존성을 확인하기가 대체로 어려웠고, 역동적 검사를 병행하여 우회로내 혈류를 확인하는 것이 필요하다. 내유동맥의 경우 상대적으로 정확도가 낮아 민감도, 특이도가 각각 100%, 80%를 보였으며, 위양성을 보인 2예는 후향적으로도 개존을 확인할 수 없었다. 전자선 단층 촬영 혈관 조영술은 관상 동맥 우 막\ulcorner이식술 후의 우회 혈관 개존성의 평가, 특히 복재 정맥 우회로의 경우 매우 정확도가 높은 비침습적 검사로써, 임상 적용이 기대된다. 앞으로 촬영 기기와 영상 재구성 software의 발달로 정확도를 더욱 높일 수 있는 잠재성이 있다.

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2차원 부정류 모형을 이용한 둔치의 수리특성 분석 (Analysis of Hydraulic Characteristics of Flood Plain Using Two-Dimensional Unsteady Model)

  • 구영훈;송창근;김영도;서일원
    • 대한토목학회논문집
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    • 제33권3호
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    • pp.997-1005
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    • 2013
  • 낙동강의 횡단면은 복단면 형태를 띄고 있으므로, 여름철 집중호우에 의해서 하천유량이 증가하면 둔치 상부까지 하천수위가 상승하는 특징이 있다. 또한 최근 강우강도 및 홍수 빈도의 증가로 인해 관련 피해가 급증하고 있으며, 이는 홍수터에 설치된 공원과 같은 친수시설들의 침수피해와 직접적으로 연관되므로, 극한강우 시 둔치에서의 수리학적 영향분석이 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 다양한 친수시설들이 조성되어 있는 강정고령보와 달성보 사이를 모의구간으로 선정하여 태풍 산바에 의해 첨두홍수량이 발생한 시점을 전후로 총 42시간에 걸친 수치모의를 실시하였다. 2차원 부정류 모형인 FaSTMECH 모의결과와 수위관측소에서 실측된 실측수위와 비교하여 모형의 적용성을 검토한 결과 $R^2$는 0.990, AME는 0.195, RMSE는 0.252로 높은 상관관계를 보였다. 그리고 검증된 FaSTMECH 모형을 이용하여 태풍 사상 시 홍수터 내에 위치해 있는 캠핑장과 생태공원 등과 같은 친수시설이 침수되는 시간 및 침수심, 침수 유속 및 전단력 등을 분석하였다.