• 한국결정성장학회지
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• 제22권3호
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• pp.115-121
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• 2012

사파이어 단결정은 GaN계 화합물 증착이 용이하여 고휘도의 청색을 구현하기 위한 LED(Light Emitting Diode)용 기판으로 크게 각광받고 있다. 공업용 사파이어의 제조 방법으로는 Kyropoulos법, Czochralski법 HEM(Heat Exchager Method)등 다양한 방법이 시도되고 있으며, 그 중 Kyropoulos법은 고품질의 대구경 사파이어 단결정 성장이 가능한 대표적인 방법으로 알려져 있다. 그러나 Kyropoulos 공정의 특성상 결정성장로 내에서 용융 사파이어의 유동장이 단결정의 최종 품질을 결정하는데, 유동장의 변화와 이에 따르는 결정성장 거동을 관찰하기가 어렵다는 단점이 있다. 대구경화와 동시에 고품질의 사파이어 단결정을 생산하기 위해서는 성장로내의 유동장 해석을 통해 결정 성장조건을 최적화 하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 유한요소법을 기반으로 한 전산유동해석을 통해 Kyropoulos 성장로 내의 도가니 형상의 종횡비(h/d)에 따른 용융 사파이어의 대류거동을 관찰하여 도가니의 형상이 단결정 성장에 미치는 영향을 분석하였으며, 성장로의 설계시 도가니의 종횡비를 작게 고려하면 용융 사파이어의 대류속도를 늦추고 계면의 convexity를 줄여 사파이어 단결정의 품질향상에 도움이 된다는 결과를 얻었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.1049-1061
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• 2013

본 연구에서는 현장타설 에너지파일의 열교환 파이프 배치 형태별 열교환율을 전산유체해석 프로그램(FLUENT)을 이용하여 평가하고, 이를 이용하여 에너지파일의 설계법을 제시하였다. 등가열교환율을 산정하기 위해 동일한 현장타설말뚝 제원에 대해 열교환파이프 배치 형태를 W-형(직렬), 복합 U-형(병렬 4쌍), 나선형의 3가지로 고려하였다. 건물측 부하조건은 여름철 냉방운용를 모사하기 위해 순환수의 에너지파일 유입온도, 즉 히트펌프 유출온도(Leaving water temperature, LWT)를 $35^{\circ}C$로 일정하게 유지하여 에너지파일 유출온도, 즉 히트펌프 유입온도(Entering water temperature, EWT) 변화를 관찰하였다. 지반에 최대 가상부하를 적용한 경우(100시간 연속 냉방부하 조건)에는 3가지 열교환기 형태가 유사한 열교환율을 보인 반면, 실제 히트펌프 가동에 의한 건물 냉방운용을 모사하기 위해 간헐적으로 일일 8시간 운용-16시간 정지를 7일간 반복 해석한 경우에는 W-형(직렬연결)과 복합 U-형(병렬 4쌍) 열교환기는 유사한 열교환율을 보이나, 나선형 열교환기는 파이프 루프 상호 간 열간섭으로 인해 복합 U-형 열교환기에 비해 약 86%의 열교환율을 갖는 것으로 평가되었다. 전산유체해석에 의해 계산된 열교환파이프 배치 형태별 에너지파일의 등가열교환율을 에너지파일 설계프로그램(PILESIM2)에 적용하여 다양한 형상의 현장타설 에너지파일에 대한 설계법과 대표적인 설계변수에 대한 설계도표를 제시하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권3호
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• pp.417-428
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• 2021

낮은 반응성으로 인해 복잡한 공정이 필요한 무연탄은 순환유동층 내의 동적 거동을 통해 연소 특성이 고찰되어야 한다. Pilot 규모의 0.1MW_th 급 순산소 순환유동층 연소로에서의 무연탄 연소 특성을 고찰하기 위하여 본 연구에서는 전산유체해석 기법을 이용하였다. 순산소 순환유동층 보일러는 연소로(0.15 m l.D., 10 m High), 싸이클론, 재순환부 등으로 구성되었고 동일한 크기의 3D 모델 반응기를 구축하였다.실험에 사용한 무연탄은 평균 입도 1,070 ㎛, 밀도 2,326 kg/m³이다. 공기 연소에서 순산소 연소로의 연소 환경 변화에 따른 반응기 내부의 기-고 흐름 패턴을 고찰하였다. 이때, 공기 연소와 순산소 연소에서 온도 분포는 비슷한 양상을 보이지만 압력 분포는 순산소 연소에서 더 낮음을 알 수 있었다. 더불어 공기 연소에 비해 순산소 연소에서 더 높은 CO₂ 농도를 가지므로 이산화탄소 포집이 활발히 이루어질 것을 예상해 볼 수 있다. 결과적으로 본 연구를 통해 무연탄 활용 시 순환유동층 반응기의 최적화된 설계 및 운전에 기여할 수 있음을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권4호
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• pp.610-619
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• 2022

수소는 산소와 반응하여 전기에너지를 만들고 부산물로 물을 생성하므로 친환경 선박의 대체 연료로 대두되고 있다. 그러나 수소는 일반 화석연료와는 달리 낮은 점화 에너지와 높은 가연성 범위로 인하여 폭발의 위험성이 높은 물질이다. 그래서 선박에서 사용되는 수소의 안전성을 확보하기 위해서 수소의 누출·확산에 관한 유동 특성을 연구하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 선박 내부와 같은 밀폐공간에서 수소가 누출되었을 때 누출량, 통풍량, 환기 방식 등이 환기 성능에 어떤 영향을 미치는지에 대하여 수치적 해석을 수행하였다. 수치해석에는 CFD 상용 소프트웨어인 ANSYS CFX ver 18.1을 이용하였다. 누출량은 1 q = 1 g/s로 하여 1 q, 2 q, 3 q로 변경하였고, 통풍량은 1 Q = 0.91 m/s로 하여 1 Q, 2 Q, 3 Q로 변경하였으며 환기 방식은 typeI, typeII, typeIII로 변경하면서 환기 성능을 분석하였다. 누출량이 1 q에서 3 q로 증가할수록 저장실 내의 수소 몰분율(HMF)는 약 2.4 ~ 3.0배 높게 나타났으며 통풍량 증가는 누출량에 대비하여 약 62.0 ~ 64.8 % 정도 환기 성능이 개선에 효과가 있었다. 그리고 폭발의 위험성을 낮추기 위한 통풍량은 최소 2 Q 이상 되어야 하며, 수소탱크 저장실 내부의 부압 형성을 위해서는 type III가 가장 적합한 방식이라고 판단하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권2호
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• pp.385-393
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• 2022

수소는 지구 온난화의 주범인 온실가스(GHG) 배출을 감소시키고 선박용 친환경 연료로서 대두되고 있다. 수소는 가연 하한계(Lower Flammability Limit, LFL)가 4 ~ 75 %이고 폭발 위험성이 큰 물질이다. 그래서 선박용으로 사용되려면 누출에 대비한 안전성이 충분히 확보되어야 한다. 본 연구에서는 수소탱크 저장실에서 수소 누출이 발생한 경우, 급·배기구의 면적 변화가 환기 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 급·배기구의 면적은 1A = 740 mm × 740 mm이며 저장실 표면에 크기 및 위치 변경이 쉽도록 설정하였다. CFD 상용 소프트웨어인 ANSYS CFX ver 18.1을 이용하여 급·배기구의 면적을 1A, 2A, 3A, 5A로 변경하였고, 면적 변화에 따른 저장실 내의 수소 몰분율을 분석하였다. 그 결과 급기구 면적이 배기구 면적 증가에 비해 누출 수소의 농도를 더 감소시켰으며 단일 급기구보다 최소 2A 이상에서 환기 성능이 향상되었다. 급기구의 면적이 증가할수록 수소 층화가 저장실 상부부터 균일하게 형성되었지만 LFL 범위는 벗어나 있었다. 그러나 배기구는 면적을 단순히 증가하는 것만으로는 환기 성능에 미치는 영향은 미비하였다.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.8-19
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• 2023

Hydronic heated road pavement (HHP) systems have well studied and documented by many researchers. However, most of the systems run on asphalt, only a few are tested with concrete, and there rarely is a comparison between those two common road materials in their heating and cooling performance. The aim of this study is to investigate the thermal performance of the HHP, such as heat dissipation performance in winter season while focusing on the surface temperature of the concrete and asphalt pavement. For preliminary study a small-scale experimental system was designed and installed to evaluate the heat transfer characteristics of the HHP in the test field. The system consists of concrete and asphalt slabs made of 1 m in width, 1 m in length, and 0.25 m in height. In two slabs, circulating water piping was embedded at a depth of 0.12 m at intervals of 0.16 m. Heating performance in winter season was tested with different inlet temperatures of 25℃, 30℃, 35℃ and 40℃ during the entire measurement period. The results indicated that concrete's heating performance is better than that of asphalt, showing higher surface temperatures for the whole experiment cases. However, the surface temperature of both concrete and asphalt pavement slabs remained above 0℃ for all experimental conditions. The heat dissipation performance of concrete and asphalt pavements was analyzed, and the heat dissipation of concrete pavement was greater than that of asphalt. In addition, the higher the set temperature of the circulating water, the higher the heat dissipation. On the other hand, the concrete pavement clearly showed a decrease in heat dissipation as the circulating water set temperature decreased, but the decrease was relatively small for the asphalt pavement. Based on this experiment, it is considered that a circulating water temperature of 20℃ or less is sufficient to prevent road ice. However, this needs to be verified by further experiments or computational fluid dynamic (CFD) analysis.