• 생물환경조절학회지
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• 제32권1호
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• pp.48-56
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• 2023

고압나트륨등(high-pressure sodium, HPS 램프)은 작물 생육 발달에 필요한 충분한 양의 광합성유효방사를 제공하는 동시에 복사열을 통해 온실 난방 부하를 절감할 수 있어 겨울철 시설원예 보광 조명으로 널리 이용되고 있다. 그러나 겨울철에 생육 중기를 맞이하는 시설 과채류의 경우, 작물의 정단부가 복사열에 영향을 많이 받고, 캐노피 위치에 따라 엽온 차이가 증가될 수 있다. 또한 온실 기온 역시 보광등에서 발생한 열이 상부로 상승 및 정체되면서 불필요한 에너지 낭비 및 온도 불균일성 역시 심화될 수 있다. 따라서 본 연구의 목표는 CFD 열전달 해석을 통해 HPS 램프에 의한 열적 특성 및 생육 단계별 수평적 엽온 변화를 분석하고, 온실 내 수직적 기온 및 작물의 캐노피별 엽온을 측정하여, 온실 내 환경 균일성 제고 및 효과적 에너지 활용 방안을 모색하는 것이었다. 생육 초기, 중기, 및 후기를 대변하는 초장(1.0, 1.6, 2.2m)에서의 정단부 수평적 엽온을 CFD 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 또한 HPS 램프 작동 이후 수직적 기온과 캐노피 높이별 엽온을 측정하였다. 실험 결과, 보광 시 엽온과 기온 간의 차이가 커지고, 수직적 기온 역시 불균일해짐을 알 수 있었다. 생육 단계가 진전될수록, 고온의 복사열이 중심부에 집중되며, 상단부 수평적 엽온 편차가 커지고, 균일성 역시 떨어지는 것을 알 수 있었다. 열획득 모델을 통한 수치해석 결과, 보광등이 2022년12월 기간 난방부하에 약 50.1% 기여하는 것을 알 수 있었다. 평균절대오차 및 평균제곱근 오차는 생육 초기 및 생육 중기 모두0.5 이하로, 실측값과 예측값에 높은 일치도를 보였다. 수직적 기온 및 엽온 분포와 생육 단계별 수평적 엽온 분포에 관한 본 연구의 결과는 효율적 에너지 관리 및 작물 생육 발달에 관한 의사결정에 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제6권2호
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• pp.187-205
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• 2014

The global price of oil, which is both finite and limited in quantity, has been rising steadily because of the increasing requirements for energy in both developing and developed countries. Furthermore, regulations have been strengthened across all industries to address global warming. Many studies of hull resistance, propulsion and operation of ships have been performed to reduce fuel consumption and emissions. This study examined the design parameters of the propeller boss cap fin (PBCF) and hub cap for 6,000TEU container ships to improve the propulsion efficiency. The design parameters of PBCF have been selected based on the geometrical shape. Computational fluid dynamics (CFD) analysis with a propeller open water (POW) test was performed to check the validity of CFD analysis. The design of experiment (DOE) case was selected as a full factorial design, and the experiment was analyzed by POW and CFD analysis. Analysis of variance (ANOVA) was performed to determine the correlation among design parameters. Four design alternatives of PBCF were selected from the DOE. The shape of a propeller hub cap was selected as a divergent shape, and the divergent angle was determined by the DOE. Four design alternatives of PBCF were attached to the divergent hub cap, and the POW was estimated by CFD. As a result, the divergent hub cap with PBCF has a negative effect on the POW, which is induced by an increase in torque coefficient. A POW test and cavitation test were performed with a divergent hub cap with PBCF to verify the CFD result. The POW test result showed that the open water efficiency was increased approximately 2% with a divergent hub cap compared to a normal cap. The POW test result was similar to the CFD result, and the divergent hub cap with the PBCF models showed lower open water efficiency. This was attributed to an increase in the torque coefficient just like the CFD results. A cavitation test was performed using the 2 models selected. The test result showed that the hub vortex is increased downstream of the propeller.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제29권5호
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• pp.42-50
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• 2015

도심지역을 단순 모델링한 실규모 공간에서 누출된 프로판 확산과정에 대해 대와동모사(Large Eddy Simulation: LES), 분리와동모사(Detached Eddy Simulation: DES) 및 비정상 레이놀즈평균기법(Reynolds Averaged Navier-Stokes: RANS)을 이용한 3가지 전산해석을 수행하였다. 전산해석은 FLUENT 14를 이용하였고 격자계는 ICEM-CFD를 이용하여 구성하였다. 그 결과 건물 주변의 프로판 농도분포는 주변 와구조와 밀접한 관련이 있어 이러한 와구조를 합리적으로 예측하는 정도에 따라 농도분포가 크게 차이날 수 있음을 알았다. LES와 DES는 비교적 유사한 와구조와 프로판 농도분포를 보이지만 RANS는 너무 부드러운 농도분포를 보여 복잡한 비정상적인(Unstedy) 난류 유동장을 재현하는데 한계가 있어 가스연료 누출 초기의 농도분포 전개과정을 예측하는 데에는 어려움이 있을 것으로 판단된다. 해석결과와 계산시간까지 고려한다면 DES 방법이 실규모에서의 가스연료 누출 확산과정에 대한 CFD 해석방법으로 적합할 것으로 판단된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제4권4호
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• pp.21-31
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• 2001

바다에서 발생하는 유조선 등으로부터의 기름 유출사고는 해양환경을 크게 훼손하는 재앙에 속한다. 이러한 사고에 효과적으로 대응하기 위해서는 사고의 초기에 기름의 유출양을 정확히 판단하여 그에 적절한 대응방법을 수립하는 것이 필요하다. 기름 유출양의 추정을 위해서 사용되는 가장 간단한 방법은 토리첼리의 평형관계식을 사용하는 것이다. 하지만 이러한 평형관계식은 관성력과 점성력이 무시되었기 때문에 실제의 현상과는 다소 거리가 있다. 본 논문에서는 탱크로부터의 기름 유출양 산정을 위한 기초적인 실험과 수치계산을 수행하였다. 소형 유리 수조에 상자모양의 아크릴 기름탱크를 설치하고 종횡비가 다른 사각형의 유출구를 빠져나가는 기름의 양과 모양을 계측하였다. 그리고 유한체적법과 VOF법 등의 CFD 기술을 활용하여 기름과 물의 유동을 수치 시뮬레이션 하였다. CFD 계산견과는 실험에서 계측된 값과 좋은 일치를 보였으며, 복잡한 해난사고에서의 유출양 산정을 위한 CFD 기술의 활용가능성을 확인할 수 있었다. 본 논문의 실험조건에서 기름의 유출속도는 유출구의 형상에 따라 결정되는 유출구 내부의 마찰력에 의해 달라지며, 토리첼리 평형관계식으로부터 얻어지는 유출속도의 35~55%임을 알 수 있었고, 만약 유출구의 두께를 무시하면 종횡비에 상관없이 52%로 일정하게 추정되었다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제32권3호
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• pp.1-10
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• 2012

The purpose of this study was to promote the utilization of wind velocity of kitchen and bathroom exhaust ducts for wind power generation in high-rise apartments. The research content can be summarized as follows: 1) Nine high-rise apartments were examined for the installation of kitchen and bathroom exhaust ducts located in the pipe shaft (PS) section. After selecting simulation candidates, a simulation was performed with the STAR-CCM+ Ver 5.06 program. 2) Of nine high-rise apartments, seven had kitchen and bathroom exhaust ducts, whose cross section was in the range of $0.16m^2{\sim}0.4m^2$. The area ratio between the exhaust ducts and PS section (cross section of exhaust duct/area of PS section ${\times}$ 100) was on average 3.2%. 3) The simulation results were analyzed. As a result, the smaller cross section kitchen and bathroom exhaust ducts had, the more advantages there were for increasing exhaust wind velocity. If an out air inlet duct is installed to the old kitchen and bathroom exhaust ducts, it will increase exhaust wind velocity by 3.01~3.98m/s and contribute to the proper wind velocity level (3.0m/s). 4) When the simultaneous usage rate between the kitchen and bathroom exhaust fan increased from 20% to 60%, exhaust wind velocity increased. The "entire house holds" condition for exhaust fan operation provided more even exhaust wind velocity than the "some house holds" condition. 5) Exhaust wind velocity increased in the order of amplified (T-3), induced (T-2) and vertical (T-1) top of kitchen and bathroom exhaust ducts. Of them, the amplified type (T-3) was under the least influence of external wind velocity and thus the most proper for kitchen and bathroom exhaust duct tops.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제27권3호
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• pp.1-7
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• 2013

전 세계적으로 기후변화 등의 원인으로 산림화재가 대형화되고 있다. 산림이 국토의 약 63.7 %를 차치하며, 산림에 인접해서 산업시설 등의 주요시설들이 많은 국내의 경우에는 산림화재가 대형재난으로 확산될 가능성이 매우 높다. 이에 본 연구에서는 수관화로 발달한 산림화재에서 화염의 복사열이 미치는 피해영향거리를 풍속의 변화에 따라 분석하였다. 또한, 영향거리를 분석하기 위하여 주변시설에 미칠 수 있는 복사열의 안전기준을 조사하였으며, 기준 복사열로 $5kW/m^2$와 $12.5kW/m^2$, $37.5kW/m^2$를 제시하였다. 산림화재 피해영향평가를 위해 FDS의 산림화재 확장 프로그램인 WFDS를 활용하였고, 해석조건으로 국내에 일반적으로 분포가 높은 산림조건에 대해 조사하여 이를 적용하였다. 그 결과는 풍속에 따른 복사열 최대영향거리로 제시하였다. 풍속 0~10 m/s에 있어서 풍속의 증가에 따라 영향거리도 증가하는 경향이 있으며, 풍속 8 m/s에서 영향거리가 최대가 되었다. 또한, 최대 영향거리는 수목 연료의 함수율 증가에 따라 크게 감소하는 것을 확인하였다. 본 연구는 산림화재로 인한 주변시설의 피해영향을 정량적으로 평가하는데 기여할 수 있다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제17권3호
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• pp.167-173
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• 2014

본 연구에서는, 블레이드 요소-모멘텀 이론을 바탕으로, 최대 출력계수를 갖는 직경 80 cm의 실험실용 수평축 조류 터빈의 형상을 제시하고, 블레이드 피치각이 변할 때 출력계수의 변화 경향을 조사하였다. 또한 ANSYS-Fluent를 이용한 전산유체해석을 실시하여, 주어진 블레이드 피치각에 대하여 블레이드 요소-모멘텀 이론으로 계산한 출력계수를 검증하였다. 전산유체해석에는 계산 영역의 직경과 길이를 조류 터빈 반경의 15배로 하였고, 계산 영역의 경계에는 열린 경계조건을 인가하였다. 블레이드 요소-모멘텀 이론과 전산유체해석으로 계산한 조류 터빈의 최대 출력계수 약 48%로 서로 잘 일치하였다. 블레이드 피치각을 증가한 경우에는 두 방법으로 산출한 출력계수가 모두 감소하는 경향을 보였고, 그 값들도 서로 유사하였다. 이로부터, 블레이드 요소-모멘텀 이론을 기반으로 설계한 조류 터빈 형상 및 다양한 조건에서 대한 출력계수의 신뢰성을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권2호
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• pp.246-252
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• 2018

본 논문은 3차원 축대칭 몰수체에 대해 소스 코드가 공개된 OpenFOAM 4.0을 이용하여 첫 번째 격자의 높이와 레이놀즈 수에 따른 마찰저항 변화에 대해 연구하였다. 마찰저항 계산을 위해 경계조건, 수치조건을 정립하였다. 축대칭 물체의 3차원 효과로 인해 거칠기가 매우 작은 $12{\mu}m$에서도 부드러운 표면과 비교해 마찰저항이 다르게 계산되었다. 레이놀즈 수가 커질수록 경계층의 두께 증가가 감소되었으며 이로 인해 마찰저항의 증가량이 감소되었다. 첫 번째 격자의 크기인 y+에 대한 영향에 대해서도 검토하였다. 첫 번째 격자가 log layer에 위치하고 있지 않으면 마찰저항과 표면의 전단력이 과도하게 예측되는 것을 확인하였다. 이는 경계층이 두껍게 예측되어 난류에너지가 과도하게 예측되었기 때문으로 판단된다. 표면의 거칠기가 커질수록 경계층이 두꺼워지고 표면의 난류에너지가 증가되는 것을 확인하였다. 마찰저항을 정확하게 예측하기 위해서는 y+ 값, 거칠기 및 벽함수가 적절한 영역에 위치해야 함을 알 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제30권1호
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• pp.57-65
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• 2020

본 연구에서는 고분자 전해질막을 구성하고 있는 고분자 주쇄의 반복단위 개수를 변경해 가며 수화채널 모폴로지와 이온전도도의 변화를 비교하였고, 최종적으로 분자동역학 전산모사 수행 시에 적정한 고분자 모델을 선정하기 위한 기준을 제시하고자 하였다. 고분자 주쇄의 길이가 가장 짧은 모델에서 주쇄 및 술폰산기의 움직임이 커지는 것을 관찰할 수 있었지만, 수화채널 모폴로지는 특별한 상관관계를 발견할 수 없었다. 또한, 수화채널 모폴로지에 가장 큰 영향을 받는 수소이온 전달 능력의 특성 상, 수소이온 전도도에서도 고분자 주쇄의 길이와 큰 상관관계를 보이지는 않았다. 이러한 결과는 특히 바인더용 이오노머 제조에 대한 중요한 정보를 제공한다. 일반적으로 바인더용 이오노머의 경우 고분자 전해질막 소재를 저분자량으로 합성하여 사용하게 되는데, 이때 주쇄/술폰산기의 움직임이 향상되므로 촉매층을 잘 둘러싸는 역할을 할 수 있는 반면에, 수소이온 전달 능력 자체에 있어서는 특별한 변화가 없을 것을 예상할 수 있다. 결론적으로, 바인더용 이오노머 제조시에는 수소이온 전달 성능보다는 물성에 좀 더 초점을 맞추어 분자량 및 구조 설계가 필요할 것이다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권9호
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• pp.862-869
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• 2010

소형 SCR 시스템(처리용량 25,300 Sm3/hr, 내부용적 $2.4{\times}2.4{\times}3.1\;m^3$)의 촉매성능개선을 목적으로 배기가스 유동제어에 관한 수치 해석적 연구가 수행되었다. 유동제어를 위해 여러 형태의 배플이 제안되었으며 CFD 해석을 통해 최적의 배플형상을 결정하였다. 유동 균일화를 위해서 설치된 배플의 유무에 따라 본 연구의 SCR 시스템에서의 촉매층 전단 5 mm에서 유속에 대한 RMS(%) 값은 약 6.2%의 차이를 보였다. 수치해석에 의해 결정된 격자 형상의 배플에서 사용된 배플판의 두께범위가 0~8 mm에서는 RMS(%) 값의 변화가 없었으나 두께 10 mm가 되면 2.5% 가량 수치가 증가하여 유동에 영향을 주었다. 격자 형상의 배플은 원뿔대 형상, 믹서 형상 배플에 비해 상대적으로 높은 유동안정도를 나타내며 형상에 따라 RMS(%) 값은 10% 이상의 차이를 나타내었다.