• 대한기계학회논문집B
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• 제32권6호
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• pp.446-454
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• 2008

The purpose of this paper is to analyze two-phase flows of the hydrogen recirculation system. Two-phase flow modeling is one of the great challenges in the classical sciences. As with most problems in engineering, the interest in two-phase flow is due to its extreme importance in various industrial applications. In hydrogen recirculation systems of fuel cell, the changes in pressure and temperature affect the phase change of mixture. Therefore, two-phase flow analysis of the hydrogen recirculation system is very important. Two-phase computation fluid dynamics (CFD) calculations, using a commercial CFD package FLUENT 6.2, were employed to calculate the gas-liquid flow. A two-phase flow calculation was conducted to solve continuity, momentum, energy equation for each phase. Then, the mass transfer between water vapor and liquid water was calculated. Through an experiment to measure production of liquid water with change of pressure, the analysis model was verified. The predictions of rate of condensed liquid water with change of pressure were within an average error of about 5%. A comparison of experimental and computed data was found to be in good agreement. The variations of performance, properties, mass fraction and two-phase flow characteristic of mixture with resepct to the fuel cell power were investigated.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제15권3호
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• pp.11-19
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• 2021

비행운은 항공기 엔진에서 발생하는 배기가스가 고고도의 공기와 혼합되어 수증기가 응결되면서 생성되는 구름이다. 비행운은 지구에서 방출되는 복사선을 흡수하거나 반사시키는 방식으로 온실효과를 만들어 지구 온난화를 악화시키는 것으로 알려져 있어 지구 온난화 극복을 위해서는 반드시 저감되어야 한다. 본 연구를 통해 비행운 발생을 정량적으로 예측 할 수 있는 모델을 개발하고, 이를 통해 향후 항공기 인증 항목이 될 가능성이 있는 항공기의 비행운 저감 규제에 대비하고자 한다. 연구에서는 기존 선행 연구 결과를 바탕으로 도쿄-칭다오 간 항로를 비행하는 항공기의 비행운 발생을 예측하는 모델을 개발하고, 비행 고도를 일부 변경하여 비행운 발생을 최소화 할 수 있는 향상된 비행고도를 제안하고자 한다.

• 한국물환경학회지
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• 제38권3호
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• pp.143-149
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• 2022

Membrane distillation (MD) has emerged as a sustainable desalination technology to solve the water and energy problems faced by the modern society. In particular, the surface wetting properties of the membrane have been recognized as a key parameter to determine the performance of the MD system. In this study, a novel surface modification technique was developed to induce a Janus-type hydrophilic/hydrophobic layer on the membrane surface. The hydrophilic layer was created on a porous PVDF membrane by vapor phase polymerization of the pyrrole monomer, forming a thin coating of polypyrrole on the membrane walls. A rigid polymeric coating layer was created without compromising the membrane porosity. The hydrophilic coating was then followed by the in-situ growth of siloxane nanoparticles, where the condensation of organosilane provided quick loading of hydrophobic layers on the membrane surface. The composite layers of dual coatings allowed systematic control of the surface wettability of porous membranes. By the virtue of the photothermal property of the hydrophilic polypyrrole layer, the desalination performance of the coated membrane was tested in a solar MD system. The wetting properties of the dual-layer were further evaluated in a direct-contact MD module, exploring the potential of the Janus membrane structure for effective and low-energy desalination.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권5호
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• pp.473-480
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• 2011

막 가습기는 다른 가습장치와는 달리, 기생 전력의 손실이 없고 가습 성능이 우수하여 이온교환막 연료전지의 외부 가습을 위해 적용되고 있다. 원통형 막 가습기는 특히 가습성능에 비해 요구 체적이 매우 작기 때문에, 수송용 및 가정용 이온교환막 연료전지에 적용된다. 막가습기의 최적 설계를 위한 열 및 물질 전달 특성에 대한 이해가 필요하지만, 아직 다양한 연구가 이루어지고 있지 않다. 본 연구에서는 원통형 막가습기의 열 및 물질전달 특성을 이해하기 위한 특성 실험을 수행하였다. 기존의 습도 측정계는 비정상 가습 특성 실험에 한계가 있고, 정상 상태에서도 고온 다습한 환경에서는 오차가 크기 때문에 본 연구에서는 습증기 응축법을 이용하였다. 가습기의 정상상태 특성을 확인하기 위해 압력과 온도 변화에 대한 실험을 수행하였으며, 비정상 특성을 확인하기 위해 순간 유량 변화 시의 가습 성능을 측정하였다. 본 연구에서는 이상의 기초 실험을 통해서 막 가습기의 성능에 영향을 미치는 주요 인자를 확인하였으며, 원통형 막가습기의 기초적인 열 및 물질 전달 특성을 이해하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제33권4호
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• pp.336-341
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• 2013

본 논문에서는 저온-진공 흑체시스템의 설계 및 구성과 함께 흑체시스템의 수학 모델을 이용한 열해석 평가 방법과 그 결과를 제시하였으며 적외선 카메라를 이용한 흑체시스템의 평가 방안 및 결과를 명시하였다. 개발된 흑체시스템은 기존의 시스템에 비해 상대적으로 규모가 소형이며 273 K이하의 저온에서 수증기가 응결될 수 있는 현상을 방지하기 위하여 흑체시스템 내부를 진공 ($2.67{\times}10^{-2}$ Pa) 상태로 유지되도록 제작되었다. 또한 흑체시스템 내부의 열손실로 인한 성능 저하를 막기 위하여 radiator가 설치되는 부위에는 heat sink, heat shield 및 cold shield를 설계하였다. 흑체시스템의 수학 모델에 대한 열 해석을 위해서 변형된 스테판-볼츠만의 정리를 이용하여 radiator의 성능을 검증하였고 실제 흑체시스템에서 방사되는 적외선 신호에 대해서는 적외선 카메라를 이용하여 신호전달함수 및 온도분해능을 측정, 분석하였다. 제안된 설계와 해석 및 실험 결과에 근거하여, 개발된 저온-진공 흑체시스템은 적용온도범위인 268~333 K 구간에서 적외선 측정장치의 캘리브레이션을 위한 기준장치로서 성능이 안정적이고 적용이 적합한 것으로 확인되었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제39권8호
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• pp.789-794
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• 2002

본 연구에서는 TMS[Tetramethylsilane:$Si(CH_3)_4$], $NH_3$와 $H2$를 이용하여 나노크기의 Si-C-N precursor 분말을 합성하기 위하여 CVC법을 이용하였으며 반응온도, TMS/$NH_3$ 비 그리고 TMS/$H_2$ 비를 변화시켰다. XRD와 FESEM 분석을 통해서 결정상과 입자의 크기 그리고 입자의 형태를 관찰하고자 하였으며, 그 결과 제조된 분말은 모든 실험 조건하에서 87∼130 nm 크기를 지닌 균일한 구형의 비정질 분말이 얻어졌다. 입자 크기는 반응온도의 감소에 따라 감소하였으며, 또한 TMS/$NH_3$, TMS/$H_2$ 비가 작아질수록 감소하였다. EA 분석 결과 제조된 분말은 Si, N, C, H로 이루어졌음을 알 수 있었으며 FT-IR를 통하여 Si-N, C-N, Si-C 결합을 가진 Si-C-N precursor 분말이 제조되었다.

• 한국가스학회지
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• 제24권1호
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• pp.17-22
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• 2020

Naphtha Cracker Gas Splitter Unit 공정은 증류공정에서 얻어지는 경질납사(Light Naphtha)를 Furnace에서 열분해하여 나오는 유분을 각각 끓는점 차이에 따라 메탄, 에틸렌, 프로필렌 반제품등으로 순차적으로 분리한다. 이런 전통적인 분리방법은 2성분을 분리하는 증류탑을 연속으로 설치하여 생산한다. 이러한 분리방법은 Reboiler에서 발생하는 에너지가 증류탑 내부의 성분들을 분리하는 데 사용된 후 증류탑 상부 Condenser에서 응축열로 버려지기 때문에 에너지 낭비가 큰 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 납사 열분해공정내의 가스분리공정의 2개의 증류탑을 Petlyuk Column으로 설계하였다. 증류탑내 조성분포가 평형관계만으로 계산되는 이상단수 효율하에서 stage to stage 계산방법으로 구조적 설계를 하였고 일반 증류탑과 비교한 결과 제시된 Petlyuk Column의 설계방법이 기존의 설계 방법인 3-Column 모델법보다 설계 시간이 단축될 뿐만 아니라 증류탑내의 Liquid의 조성분포를 평형증류 조성곡선과 유사하도록 설계함으로써 에너지 효율측면에서도 효율적임을 증명하였다. 또한 같은 tray 단수하에서 Petlyuk Column은 일반 증류탑 대비 12.1% 에너지가 절약되어 국내 총생산량 기준할 때 하루 4,400만원 비용 절감을 가져오고 추가로 Condenser 및 Reboiler 사용량 감소에 따른 초기 투자비도 절감됨을 알 수 있었다. 12.1% 에너지가 절약될 뿐만 아니라 Condenser 및 Reboiler 사용량 감소에 따른 초기 투자비도 절감됨을 알 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권1호
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• pp.21-27
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• 2019

그간 소형 제빙기에는 R-404A가 사용되어 왔으나 지구 온난화와 관련하여 대체 냉매 적용이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 제빙기에 적용되어 온 R-404A를 대체할 R-448A와 R-449A에 대하여 drop-in test를 수행하였다. 시험은 외기 온도와 증발판에 공급되는 물 온도를 변화시키며 수행되었다. 실험 결과 R-404A의 일 평균 제빙량은 R-448A보다는 5.3%, R-449A보다는 4.2% 크게 나타났다. 이는 R-404A의 기체 밀도가 커서 냉매 순환량이 증가하기 때문으로 판단된다. 한편 R-448A와 R-449A의 제빙량을 비교하면 외기온도나 믈 온도가 낮아 제빙량이 많으면 R-448A가, 외기 온도나 물 온도가 높으면 R-449A가 우수한 성능을 보인다. 일 평균 소비 전력량은 R-448A나 R-449A보다 R-404A에서 대략 10% 크게 나타났다. 한편 성적계수의 경우 R-448A와 R-449A는 거의 동일하고 R-404A의 값보다는 3.0% 크게 나타났다. 현재 R-448A, R-449A의 증발, 응축 열전달에 대한 데이터가 부족한 실정으로 향후 이 부분에 대한 기초 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국지구과학회지
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• 제41권6호
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• pp.684-694
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• 2020

이 연구에서는 이슬점에 대한 중학생들의 개념 이해를 평가하기 위한 루브릭을 개발하였다. 이를 위해 국가 수준 학업성취도 평가의 다층 서답형 문항에 대한 중학생의 응답을 분석하였다. 학생들의 응답 특성에 따라 유형을 분류하고, 성취도 점수 평균에 따른 응답 유형의 분포를 분석하였다. 이를 토대로 이슬점 개념 이해를 평가하기 위한 루브릭을 작성하였다. 연구 결과 다음과 같다: 첫째, 포화수증기량 곡선에서 이슬점 찾기에 대한 학생 응답을 분석한 결과, 다수의 학생들이 이슬점에 대한 개념이 없거나 부족한 것으로 나타났다. 둘째, 이슬점에서 수증기 응결과정에 대한 학생 응답을 분석한 결과, 과학적 개념 유형의 비율은 매우 낮았으며, 오개념 유형의 비율이 상대적으로 높았으며 유형 또한 다양하였다. 셋째, 성취도 점수 평균에 따른 학생 응답 유형 분포 분석을 토대로 4수준의 평가 루브릭을 작성하였다. 이러한 연구 결과를 토대로 지구과학 분야에서 개념 이해 평가를 위한 루브릭 개발과 활용 측면에서 제언을 하였다.

• 대한지구과학교육학회지
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• 제14권3호
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• pp.257-266
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• 2021

본 연구에서는 2009 개정 및 2015 개정 초등 과학교과서에 제시된 5학년 '날씨와 우리생활' 단원의 탐구 중 '안개 실험'과 관련하여 예비교사들의 이해를 알아보았다. 연구 대상은 교육대학교 학생 100명으로 초등과학교재연구 강의에 참여한 학생들이다. 예비교사들은 두 교육과정에 대해 사전학습 후, 실험을 비교수행하고 논의하는 자율적인 교재연구를 하였다. 그 후 예비교사들이 개별적으로 답한 결과와 과제를 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 2009 개정과 2015 개정 교육과정에서의 안개 발생 차이를 응결, 수증기 등의 관련 과학적 개념으로 설명한 예비교사는 24명(24%)이었고 그중 1명(1%)만이 포화개념을 이용하여 설명하고 있었다. 둘째, 교육과정 변화에 따른 안개실험 방법의 변화에 대해 그 이유를 알아낸 예비교사들은 48명(48%)이었다. 셋째, 예비교사들은 과학적 지식의 중요성보다는 실험의 재현과 성공을 중요시하였으며, 그런 예비교사들은 대체실험이나 동영상 자료 활용을 제안하였다.