• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.383-390
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• 2019

본 논문에서는 AISC 표준 단면을 설계 변수로 하는 캔틸레버 타입 헬리데크 모델의 유전 알고리즘 최적설계를 소개한다. AISC 표준 단면을 단면 형상별로 분류하고 단면적 순으로 정렬한 후 정수 단면 번호를 부여하여 설계 변수로 최적설계를 수행하였다. 이 과정을 통하여 이산화된 설계 변수를 가지는 최적설계 문제를 해결하기 위해 유전 알고리즘을 적용하였다. 또한, 제약조건으로 허용응력 및 허용응력비 검사 조건을 모두 고려하여 구조물의 구조 안정성을 고려한 설계를 수행하였다. 최적설계 과정중 매 반복계산 마다 수행되는 구조 해석 시간을 단축시키기 위해 선형 중첩법을 사용하였고, 이를 통해 구조해석 시간을 약 75% 감소시킬 수 있었다. 또한 헬리데크 최적설계의 경량 효과를 높이기 위해 부재 그룹 세분화를 하였고, 그 결과를 선행 연구 모델, 기존의 부재 그룹 모델과 비교하였다. 그 결과 선행연구 대비 약 30톤의 부재를 절감할 수 있었으며, 구조적으로도 보다 안전한 헬리데크 설계를 얻을 수 있었다.

• Composites Research
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• 제36권6호
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• pp.454-460
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• 2023

최근 온실가스 배출량에 대한 규제가 높아지면서 IMO는 온실가스 배출량을 2050년까지 순 배출량 '0'을 목표로 하며 온실가스 규제를 강화하고 있다. 또한 조선/해양 분야에서는 추진 효율 향상, 구조 경량화와 같이 운항비 절감이 중요하다. 현재 이와 관련하여 구조 경량화와 고강성을 만족하기 위하여 3D 프린트 복합재료를 이용한 위상 최적화에 대한 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 3D 프린트 복합재료를 활용하여 선박 구조물인 방향타의 내부에 3가지 위상 형상(육각형, 사각형, 삼각형)을 적용하였다. 방향타에 위상 형상을 적용하였을 때 적합한 형상을 알아보기 위해 구조해석을 수행했다. 선속 8 knots의 조건에서 타 각 0°에서 30°까지 10° 간격으로 CFD 해석을 수행하였으며, CFD 해석 결과를 바탕으로 하중조건을 설정하였다. 방향타 내부 위상 형상을 고려한 구조 해석 결과 삼각형, 사각형, 육각형 위상 형상 순으로 우수한 성능을 갖는 것을 확인하였다. 사각형 위상 형상을 가지는 방향타가 삼각형 위상 형상을 가지는 방향타 대비 78.5%의 무게를 가지며 경량화 측면을 고려하였을 때 사각형 위상 형상이 우수하다고 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.220-220
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• 2013

Surface-normal transmission electro-absorption modulator (EAM) are attractive for high-definition (HD) three-dimensional (3D) imaging application due to its features such as small system volume and simple epitaxial structure [1,2]. However, EAM in order to be used for HD 3D imaging system requires uniform modulation performance over large area. To achieve highly uniform modulation performance of EAM at the operating wavelength of 850 nm, it is extremely important to remove the GaAs substrate over large area since GaAs material has high absorption coefficient below 870 nm which corresponds to band-edge energy of GaAs (1.424 eV). In this study, we propose and experimentally demonstrate a transmission EAM in which highly selective backside etching methods which include lapping, dry etching and wet etching is carried out to remove the GaAs substrate for achieving highly uniform modulation performance. First, lapping process on GaAs substrate was carried out for different lapping speeds (5 rpm, 7 rpm, 10 rpm) and the thickness was measured over different areas of surface. For a lapping speed of 5 rpm, a highly uniform surface over a large area ($2{\times}1\;mm^2$) was obtained. Second, optimization of inductive coupled plasma-reactive ion etching (ICP-RIE) was carried out to achieve anisotropy and high etch rate. The dry etching carried out using a gas mixture of SiCl4 and Ar, each having a flow rate of 10 sccm and 40 sccm, respectively with an RF power of 50 W, ICP power of 400 W and chamber pressure of 2 mTorr was the optimum etching condition. Last, the rest of GaAs substrate was successfully removed by highly selective backside wet etching with pH adjusted solution of citric acid and hydrogen peroxide. Citric acid/hydrogen peroxide etching solution having a volume ratio of 5:1 was the best etching condition which provides not only high selectivity of 235:1 between GaAs and AlAs but also good etching profile [3]. The fabricated transmission EAM array have an amplitude modulation of more than 50% at the bias voltage of -9 V and maintains high uniformity of >90% over large area ($2{\times}1\;mm^2$). These results show that the fabricated transmission EAM with substrate removed is an excellent candidate to be used as an optical shutter for HD 3D imaging application.

• 대한환경공학회지
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• 제37권4호
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• pp.204-209
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• 2015

2014년을 기준으로 도금폐수에 함유한 중금속중 니켈은 5 mg/L에서 3 mg/L로 방류수 기준이 강화되었다. 그러나 현재 적용되고 있는 도금폐수 중의 니켈 처리방법으로는 방류수 기준치 이하로 처리하기 어려워 대부분의 처리 업체에서 다른 폐수와 혼합하여 단순한 희석에 의해 농도를 낮추고 있는 실정이다. 이는 환경에 지대한 영향을 미칠 수 있으며 이에 따라 본 연구에서는 희생전극을 사용한 전기분해 방법을 적용하여 실질적이며 효율적인 니켈의 처리방법을 제시하였다. 실험은 인공폐수 및 실폐수로 수행하였으며 인공폐수 실험에서는 전기분해과정에서 니켈 제거 효율에 영향을 줄 수 있는 전류밀도와 pH를 변화시키며 최적의 효율을 나타내는 조건을 도출하였다. 실험결과 니켈 제거 효율은 94%를 상회하며 잔류니켈농도는 방류수 기준치 이하로 낮추고 철 슬러지 처리로 인한 경제성까지 고려한 조건으로 전류밀도 $1{\sim}2mA/cm^2$와 pH 9가 도출되었다. 이 처리 조건을 실폐수에 적용시켰을 때 니켈 제거 효율은 60~70%로 인공폐수 실험결과보다 제거효율이 낮게 조사되었다. 이는 실폐수에는 다른 중금속 및 음이온이 다량 함유되어 있어 처리 효율에 영향을 미친 것으로 판단된다. 실폐수의 경우 pH 9에서 전류밀도 $6{\sim}7mA/cm^2$ 조건으로 5분 동안 전기분해 처리를 하였을 때 니켈 제거효율 88% 이상, 처리수의 잔류 니켈 농도 3.0 mg/L 이하로 방류수 기준을 만족시킬 수 있었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권10호
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• pp.5-11
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• 2016

본 연구에서는 포름알데히드를 상온산화시켜 제거하는 $Pt/TiO_2$ 촉매의 상용화 인자들이 조사되었다. 활성 귀금속 함량 최적화를 위해 촉매의 백금(Pt) 담지량을 변화시켜 제조 후 성능을 평가하였으며, 그 결과 1wt% 함량이 가장 이상적인 함량임을 확인하였다. 또한 활성금속인 Pt를 환원하여 제조한 환원 촉매가 상온에서 우수한 포름알데히드 산화 능력을 나타내었다. 이를 통해 활성금속의 산화가에 따라 성능이 변화될 수 있으며, 백금의 경우 metallic Pt($Pt^0$)로 존재할수록 포름알데히드 상온산화 성능이 증진될 수 있음을 확인하였다. 촉매의 운전인자를 도출하기 위한 공간속도 영향 평가 결과 공간속도가 낮을수록 촉매량 증가에 의해 포름알데히드 전환율이 증진되는 결과를 나타내었다. 또한 공기 내 반드시 존재하는 물질인 수분의 공기 내 공존 시 영향 평가를 실시하였으며, 그 결과 수분이 공존할 때 포름알데히드 산화반응이 수분이 존재하지 않은 조건에서의 활성보다 증진되었다. 상기 결과들을 통해 어떤 추가 에너지원 없이도 포름알데히드를 제거 할 수 있는 상온산화 촉매 상용화를 위한 핵심인자들을 확인하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.326-332
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• 2011

The authors examined the effects of operating parameters on the $H_2$ production by dark fermentation of the wastewater generated from food waste recycling facilities, in short "food waste wastewater (FWW)". Central composite design based response surface methodology was applied to analyze the effect of initial pH (5.5-8.5) and substrate concentration (2-20 g Carbo. COD/L) on $H_2$ production. The experiment was conducted under mesophilic ($35^{\circ}C$) condition and a heat-treated ($90^{\circ}C$ for 20min)anaerobic digester sludge was used as a seeding source. Although there was a little difference in carbohydrate removal, $H_2$ yield was largely affected by the experimental conditions, from 0.38 to 1.77 mol $H_2$/mol $hexose_{added}$. By applying regression analysis, $H_2$ yield was well fitted based on the coded value to a second order polynomial equation (p = 0.0243): Y = $1.78-0.17X_1+0.30X_2+0.37X_1X_2-0.29X_1{^2}-0.35X_2{^2}$, where $X_1$, $X_2$, and Y are pH, substrate concentration (g Carbo. COD/L), and hydrogen yield (mol $H_2$/mol $hexose_{added}$), respectively. The 2-D response surface clearly showed a high inter-dependency between initial pH and substrate concentration, and the role of these two factors was to control the pH during fermentation. According to the statistical optimization, the optimum condition of initial pH and substrate concentration were 7.0 and 13.4 g Carbo. COD/L, respectively, under which predicted $H_2$ yield was 1.84 mol $H_2$/mol $hexose_{added}$. Microbial analysis using 16S rRNA PCR-DGGE showed that $Clostridium$ sp. such as $Clostridium$ $perfringens$, $Clostridium$ $sticklandii$, and $Clostridium$ $bifermentans$ were main $H_2$-producers.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권3호
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• pp.610-618
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• 2008

실제 하수 처리 시스템에서 유입조건, 공법, 다양한 운전조건과 복잡한 인자에 대하여 실험을 통하여 많은 처리공법을 비교하고 각 공정별 최적조건을 찾는 것은 쉽지 않은 일이며, 많은 비용과 시간을 필요로 한다. 본 연구에서는 하수 처리 시스템의 주요 생물학적 하수처리 공정인 $A_2O$(혐기/무산소/호기), Bardenpho(4단계), VIP(Virginia Initiative Plant), UCT(University of Cape Town) 공정의 활성오니공정모델을 이용한 모델링을 수행하고, 이를 바탕으로 공법별 환경성과 경제성 평가의 비교 분석을 수행하였다. 이를 위해 다양한 하수처리 공정의 처리 효율을 비교하고 새로운 지표로 나타낼 수 있는 환경성 평가 기준과 동시에 비용 산출을 고려한 평가 지표를 제시하였다. 제시된 지표를 바탕으로 통해 각 공정 최적화와 유입조건에 따른 고도처리공정의 공법 선정에 유용하게 쓰일 수 있음을 보였다. 또한 유입유량과 호기조 부피의 변화에 따른 경제성과 환경성 지표의 변화를 파악하고, 나아가 다양한 운전 조건하에서의 최적 지표를 예측할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권1호
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• pp.31-38
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• 2015

현재 기후 온난화의 주요원인 이산화탄소의 배출은 전 세계적으로 문제가 되고 있다. 이에 따라, 기존에 존재하는 화력 발전소 및 철강 공장과 같은 다량의 이산화탄소를 발생시키는 공장에서는 이산화탄소의 격리와 저장 등의 기술이 필요해졌고, 현재 많은 공장에서 실제 분리가 일어나고 있다. 또한 이러한 직접적인 배출량 감소 말고도 간접적으로 이산화탄소의 배출을 줄일 수 있는 일산화탄소, 수소 등의 환원가스의 재사용에 대해서도 여러 방식으로 연구가 이루어지고 있다. 이에 따라, 대표적인 가스 분리공정 중 하나인 Pressure swing adsorption(PSA)나, 최근 몇몇 공장에서 실 사용이 이루어지고 있는 막 분리공정을 사용하여 이산화탄소, 일산화탄소 및 수소를 분리하는 많은 연구들이 수행되어 왔다. 또한, 이 두 종류의 공정을 합친 하이브리드 공정에 대한 연구도 존재했다. 하지만 분리 목표 가스가 두 가지 이상인 다성분 기체에 대하여 연속공정 모델을 만들고, 이 모델 전체에 대해 조업 최적화 및 경제성 평가를 다룬 연구는 진행되어 오지 않았다. 본 논문에서는 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 및 다른 기체들을 포함한 다성분 기체를 대상으로 환원가스로 사용 가능한 일산화탄소, 수소와 분리 저장이 필요한 이산화탄소를 분리하는 PSA와 막 공정을 사용한 연속공정 모델을 개발하고, 이 모델을 사용하여 가능한 시나리오들을 생성한 뒤 조업 최적화를 진행해 경제성을 평가하였다. 그 결과, 수소 가스의 조성이 초기에 14% 정도일 경우 수소를 분리하는 것보다 연료로 사용해야 하며, $CO_2$와 CO의 조성이 30% 정도로 유사할 경우 $CO_2$를 먼저 분리하는 것이 유리하다는 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구에서 진행한 결과를 통해 분리 대상 기체의 분리 경제성을 분석하여 가스 분리 여부 결정에 도움을 줄 수 있을 것이다.

• 한국대기환경학회지
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• 제25권6호
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• pp.523-538
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• 2009

Recently, there has been a keen demand for real-time automatic monitoring of VOCs not only in Korea but other developed countries. We carried out this study to evaluate and to optimize the performance of a continuous automatic monitoring system for hazardous VOCs (HVOCs) in the ambient atmosphere, using an on-line GC system. The online system normally consisted of a Nafion dryer prior to a cold trap of an automatic thermal desorption apparatus and a GC system equipped with two detectors, i.e. PID and ECD. Preliminary tests conducted to check out any contamination of the system revealed an evidence of significant artifact formation of benzene, and it was found that the Nafion dryer (even brand new one) is the source of the benzene artifact. Thus, all the subsequent experiments in this study was carried out inevitably by removing the Nafion dryer. The on-line GC method was investigated with a variety of QC/QA performance criteria such as repeatability, linearity, lower detection limits, and accuracy. In order to find out the best operating condition for the on-line GC system, three different types (in terms of adsorption strength) of cold trap combinations were tested, i.e. (i) Tenax-TA and Carbopack-B combination (weak and hydrophobic); (ii) Tenax-TA, Carbopack-X and Carboxen-1000 combination (strong and hydrophilic); and (iii) Tenax-TA and Carbopack-X combination (medium and hydrophobic/hydrophilic). The USEPA TO-17 manual method was selected as a reference method to evaluate the performance of the on-line method. A series of experiments revealed that the system performance was superior to others when a cold trap packed with hydrophilic adsorbents (Tenax-TA/Carbopack-X/Carboxen-1000 combination) was used and operated at $25^{\circ}C$. However, the system with a cold trap packed with a combination of Tenax-TA and Carbopack-X is more recommended for field applications since the carboxen-1000 adsorbent is too sensitive to water vapor, and hence the performance of the system might be very unstable to humid samples or during rainy days. Furthermore, the precision and accuracy criteria of the Tenax-TA/ Carbopack-X combination were generally compatible with the triple adsorbents cold trap. The continuous automatic monitoring method is, thus, considered very useful to real-time monitoring to understand the variations of VOCs concentrations in ambient air, as it adopts much simpler procedures in sampling, analysis, and data integration steps than manual monitoring methods. However, it should be noted that there is a high possibility of benzene artifacts formation through the Nafion dryer, which is often installed to remove water vapor in air samples before being adsorbed onto the cold trap. Therefore, if a Nafion dryer is used in any studies of monitoring VOCs, the benzene contamination should be carefully examined before carrying out obtaining the data.

• 한국식품과학회지
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• 제41권1호
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• pp.37-41
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• 2009

포도가공 시 발생되는 부산물인 포도씨로부터 유용성분인 vitamin E 및 tocotrienol을 초임계 유체추출방법으로 최적화 하였다. 추출 온도(30-$50^{\circ}C$, $X_1$), 추출압력(17-25MPa, $X_2$) 및 추출시간(1-5 hr, $X_3$)을 변수로 반응표면 분석법으로 vitamin E 및 tocotrienol 함량을 측정하였다. 초임계 이산화탄소상에서 vitamin E 및 tocotrienol 함량은 추출온도, 압력 및 시간이 증가함에 따라 증가하였다 (plt;0.001). 각각의 추출조건 가운데 $40^{\circ}C$, 20 MPa 및 5 hr에서 vitamin E는 8.65 mg/100 g 그리고 tocotrienol은 7.88 mg/100 g으로 가장 높은 함량을 나타내었다. 반응표면분석에 의한 최적추출조건은 $40^{\circ}C$, 20.7MPa 및 3.8 hr으로 나타났으며, 이 때의 vitamin E 및 tocotrienol 함량은 각각 8.20 mg/100 g 및 7.42 mg/100 g으로 나타났다. Vitamin E 및 tocotrienol 함량에 대한 실측값은 통계적 예측값의 각각 99.27-106.10% 및 96.09-106.60%로 나타나 추출조건의 유효성이 인정되었다. 또한 유기용매 추출시 vitamin E 및 tocotrienol 함량은 각각 8.18 mg/100 g 및 7.24 mg/100 g이었다. 따라서 용매추출법과 초임계 이산화탄소 추출법을 비교했을 때 초임계 이산화탄소 추출법을 이용하는 것이 더 효과적으로 vitamin E 및 tocotrienol을 추출할 수 있을 것으로 판단되었다.