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무부자 쌍끌이 중층망 어구어법의 개발 (III) - 카이트를 부착한 모형어구의 전개성능 - (Development for Fishing Gear and Method of the Non-Float Midwater Pair Trawl Net (III) - Opening Efficiency of the Model Net attaching the Kite -)

  • 유제범;이주희;이춘우;권병국;김정문
    • 수산해양기술연구
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    • 제39권3호
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    • pp.197-210
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    • 2003
  • 무부자망은 망구의 전개 및 예망시 중저층에서의 예방수심 조절이 효과적이었지만, 표층~30m에서는 예망이 어렵다는 것이 확인되었다. 따라서 본 연구는 이것을 극복하기 위하여 카이트(Kite)의 적용을 검토한 것으로 무부자 쌍끌이 중층망의 뜸줄에 연결된 대형망목부에 부분적으로 카이트를 부착하여 회류수조에서 모형실험으로 그 전개성능을 비교 조사하고 우리나라 쌍끌이 중층망에 적용 가능성을 검토하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 예망수심은 카이트망이 기준형과 무부자망보다 유속별 예망수심이 모두 상승하였으며, 실제 조업시의 예망속도 4.9knot일때는 기준으로 2개의 카이트를 부착했을 때는 약 20m였고, 4개의 카이트를 부착했을 때는 약 5m였다. 또한, 카이트망의 추와 날개 끝 추의 무게가 증가함에 따른 예망수심의 변화는 거의 없었으며, 발줄의 깊이만 각각 약15m와 10m 침강하였다. 그리고, 아래끌줄의 길이(dL)의 증가에 따른 예망수심의 변화는 없었고, 발줄의 깊이만 약 22m 침강하였다. 2. 유체저항은 유속이 2.0~5.0knot로 증가함에 따라 거의 직선적으로 증가하였으며, 그 증가율은 유속이 증가함에 따라 커지는 경향을 보였다. 또, 카이트망의 유체저항은 무부자망과 기준형에 비해 약 5~10ton 더 컸다. 그리고, 카이트망의 유체저항은 4.0knot를 기준으로 추의 무게가 1.40~3.50ton 으로 증가할 때 약 3ton, 날개끝 추의 무게가 0~1.11ton으로 증가할 때 약 4ton 증가하였으며, 아래끌줄의 길이(dL)가 0~40m로 증가할 때 유체저항은 약 5.5ton 증가하였다. 3. 망고는 4.0knot를 기준으로 카이트의 면적이 $2,270mm^2(2kite)에서; 4,540mm^2(4kite)$로 증가할 때 약 10m 증가하였으며, 카이트의 면적이 $4,540mm^2$(4kite)일 때 기준망보다는 약 50m, 무부자망보다는 약 30m 증가하였다. 망폭의 변화는 모든 경우에서 유속의 변화에 따라 5m 내외로 거의 일정하였다. 4. 여과량은 카이트망이 기준형과 무부자망에 비해 유속이 2.0knot일 때는 약 28%, 34% 더 컸으며, 3.0knot일 때는 약 42%, 41%이었고, 4.0knot일 때는 약 62%, 45%이었으며, 5.0knot일 때는 약 74%, 54%로 더 컸다. 각 어구별 적정 예망속도는 뜸이 있는 기준형은 약 3.0knot, 무부자망은 4.0knot이상 이였으며, 카이트망은 5.0knot 이상에서도 가능한 것으로 판단된다. 5. 망구면적당 유체저항의 비는 기준형, 무부자형, 카이트망의 순으로 전개효율은 카이트망이 가장 우수하였으며 다음으로 무부자망, 기준형의 순이었다. 실제 예망속도인 4.0knot를 기준으로 카이트망은 기준형에 비해서는 약50%, 무부자형에 비해서는 약 25%로 더 효율적인 것으로 나타났다.

투수성 호안의 해수유통을 고려한 유동 수치모델링 (Numerical Hydrodynamic Modeling Incorporating the Flow through Permeable Sea-Wall)

  • 방기영;박성진;김선우;조창우;김태인;송용식;우승범
    • 한국해안·해양공학회논문집
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    • 제25권2호
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    • pp.63-75
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    • 2013
  • 평택 당진항 내항 2공구 수역은 3개의 투수성 호안으로, 그리고 내항 2공구 동측의 투기장 수역은 2개의 투수성 호안으로 둘러싸여 있다. 2010년 5월에 관측된 내항 2공구 외곽호안 내측 수역과 내항 2공구 투기장 내측 수역의 최대조차는 각각 4.70 m와 2.32 m로서, 동시에 호안 외측에서 관측된 최대조차 8.74 m의 54%와 27%에 달한다. 호안 내 외수위차와 내측 수용적 변화율간의 회귀식을 도출하고, 이 식을 이용하여 투수성 호안의 해수 유통량을 매 계산시간마다 산정하는 모듈을 EFDC 모델에 추가하여 아산만의 3차원 해수유동 수치모형을 구축하였다. 2010년 5월 13~27일의 모의기간에 대하여 주요 5개 분조($M_2$, $S_2$, $K_1$, $O_1$, $N_2$)의 합성조석과 아산, 삽교, 남양, 석문방조제의 담수방류량을 실시간으로 입력하여 해수유동을 모의하였다. 2공구 내측과 2공구 투기장 내측에서 평균고조위, 평균해면과 평균저조위의 실측치에 대한 모델치의 skill score는 96~100%로서 매우 양호한 재현율을 보인다. 투수성 호안의 해수유통을 차단한 모의결과와 비교하면, 최강유속은 주수로를 따라 0.05~0.10 m/s 증가하고, 2공구 외곽호안 외측에서 국지적으로 0.1~0.2 m/s 증가한다. 해저면 전단응력은 유속이 강한 주수로에서 0.1~0.4 $N/m_2$의 범위로 증가하고, 2공구 외곽호안 우각부 주변에서 국지적으로 0.4 $N/m_2$ 이상 증가한다. 본 연구에서 적용한 투수성 호안의 해수유통 모의기법은 대규모 투수성 호안이 유지되는 해역에서 물질의 이류 확산과 해저지형의 침식 퇴적 및 호안 주변의 국부 세굴 등을 모의 예측하는데 유용하게 적용될 수 있다.

용담댐 건설후 하류부 하천 생태계의 탁수영향 평가 (Ecological Health Assessments on Turbidwater in the Downstream After a Construction of Yongdam Dam)

  • 김자현;서진원;나영언;안광국
    • 생태와환경
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    • 제40권1호
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    • pp.130-142
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    • 2007
  • 본 연구에서는 용담댐의 탁수 방류로 인한 하류 하천의 영향을 알아보기 위하여 생태계 건강성 평가 모델, 물리적 서식지 평가 모델, 해부학적 건강성 평가 모델을 적용하였다. 건강성 평가 결과 $S1{\sim}S4$의 생태계 건강도는 평균 43으로 최적${\sim}$ 양호 상태였고, 물리적 서식지 건강도는 평균 154로 양호상태로 나타나 건강도가 양호하게 유지되고 있는 것으로 나타났다. 한편 개체의 건강도를 평가하는 해부학적 건강도 평가 결과 10개 메트릭에서 이상증상이 나타나지 않아 어류 건강성에 대한 영향은 없는 것으로 판단되었다. 한편, 부유물의 증가에 따른 어류 아가미의 전자현미경적 영향 분석을 위해 탁도 처리군 및 대조군의 비교분석 결과에 따르면, 어류 아가미에서 많은 부유물 미세 입자가 관찰되어 고탁도에 장기간 노출될 경우 건강성에 영향을 미칠 가능성이 있을 것으로 사료되었다. 또한, 탁도 증가에 따른 부유사 이동에 의한 어류의 물리적 서식지 영향 분석(특히, 하상 매몰도 및 하상특성 분석)을 위해 서식지 건강성 평가모델을 적용 평가한 결과에 따르면, 대상 조사지역$(S1{\sim}S4)$이 대조군 지역(C1, C2)보다 더 좋은 것으로 나타났다. 즉, 부유사의 증가는 현재의 결과로는 서식지 건강도에 영향을 주지 않는 것으로 나타나 어류의 먹이사슬, 산란장 및 서식처에 대한 부정적 영향은 없는 것으로 사료되었다. 한편, 이런 결과는 단기간 연구 결과에 의한 현재 상태의 건강도 평가의 결과이지만 향후 탁수가 지속될 경우 수 환경이 어떻게 변할 것인가에 대해서는 사후 지속적인 모니터링이 이루어져야 하며, 향후 $3{\sim}5$년 후의 지속적인 모니터링을 실시할 경우 용담댐 건설에 의한 생태 건강도가 어떻게 변할 것인지에 대한 정보를 제공하기 때문에 지속적인 모니터링이 요구된다.

치조골 폭경과 임플랜트 고정체의 직경에 따른 지지조직의 응력분포 (STRESS ANALYSIS OF SUPPORTING TISSUES ACCORDING TO IMPLANT FIXTURE DIAMETER AND RESIDUAL ALVEOLAR BONE WIDTH)

  • 한상운;방몽숙;양홍서;박상원;박하옥;임현필
    • 대한치과보철학회지
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    • 제45권4호
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    • pp.506-521
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    • 2007
  • Statement of problem: The cumulative success rate of wide implant is still controversial. Some previous reports have shown high success rate, and some other reports shown high failure rate. Purpose: The aim of this study was to analyze, and compare the biomechanics in wide implant system embeded in different width of crestal bone under different occlusal forces by finite element approach. Material and methods: Three-dimensional finite element models were created based on tracing of CT image of second premolar section of mandible with one implant embedded. One standard model (6mm-crestal bone width, 4.0mm implant diameter central position) was created. Varied crestal dimension(4, 6, 8 mm), different diameter of implants(3.3, 4.0, 5.5, 6.0mm), and buccal position implant models were generated. A 100-N vertical(L1) and 30 degree oblique load from lingual(L2) and buccal(L3) direction were applied to the occlusal surface of the crown. The analysis was performed for each load by means of the ANSYS V.9.0 program. Conclusion: 1. In all cases, maximum equivalent stress that applied $30^{\circ}$ oblique load around the alveolar bone crest was larger than that of the vertical load. Especially the equivalent stress that loaded obliquely in buccal side was larger. 2. In study of implant fixture diameter, stress around alveolar bone was decreased with the increase of implant diameter. In the vertical load, as the diameter of implant increased the equivalent stress decreased, but equivalent stress increased in case of the wide implant that have a little cortical bone in the buccal side. In the lateral oblique loading condition, the diameter of implant increased the equivalent stress decreased, but in the buccal oblique load, there was not significant difference between the 5.5mm and 6.0mm as the wide diameter implant. 3. In study of alveolar bone width, equivalent stress was decreased with the increase of alveolar bone width. In the vertical and oblique loading condition, the width of alveolar bone increased 6.0mm the equivalent stress decreased. But in the oblique loading condition, there was not a difference equivalent stress at more than 6.0mm of alveolar bone width. 4. In study of insertion position of implant fixture, even though the insertion position of implant fixture move there was not a difference equivalent stress, but in the case of little cortical bone in the buccal side, value of the equivalent stress was most unfavorable. 5. In all cases, it showed high stress around the top of fixture that contact cortical bone, but there was not a portion on the bottom of fixture that concentrate highly stress and play the role of stress dispersion. These results demonstrated that obtaining the more contact from the bucco-lingual cortical bone by installing wide diameter implant plays an important role in biomechanics.

사회인구학적 요인이 1++ 등급 거세한우고기의 부위 및 요리형태별 관능특성에 미치는 영향 (Effect of Socio-demographic Factors on Sensory Properties for Hanwoo Steer Beef with 1++ Quality Grade by Different Cut and Cooking Methods)

  • 조수현;김재희;김진형;성필남;박범영;김경의;고윤실;이종문;김동훈
    • 한국축산식품학회지
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    • 제28권3호
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    • pp.363-372
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    • 2008
  • 본 연구는 국내에서 최고급육으로 유통되는 육질등급이 $1^{++}$인 거세한우고기에 대하여 소비자 관능평가를 실시하여 사회인구학적 요인과 한국 소비자들의 관능특성간에 어떠한 관계가 있는지 알아보고, 이 결과를 한국 소비자들을 위한 요리방법 및 부위별 맛 예측 모델을 설정하기 위한 기초자료로 활용하고자 수행하였다. 28-30개월령 거세한우를 도축한 후 업진, 보섭, 채끝, 등심, 꾸리, 홍두깨, 목심, 설깃, 우둔, 양지 부위를 분리하여 전국 소비자 650명을 대상으로 탕, 그릴 및 구이형태로 각각 조리하여 연도, 다즙성, 향미 및 전반적인 기호도를 평가한 결과 탕 형태로 조리된 거세한우고기는 거주지역, 연령, 성별, 직업 및 10개의 부위에 대한 관능특성 4가지 요인(연도, 다즙성, 향미 및 전반적인 기호도)과 모두 관련이 있는 것으로 나타났다. 또한 고기섭취습관 및 숙성여부도 연도 및 전반적인 기호도와 유의적인 연관성이 있는 것으로 나타났다(p<0.01). 스테이크 형태인 경우 쇠고기에 대한 기호 성향이 거주지역, 숙성여부 및 부위가 관능특성 4가지 요인(연도, 다즙성, 향미 및 전반적인 기호도)과 모두 관련이 있는 것으로 나타났으며 연령, 수입 및 고기섭취습관 등도 연도 및 전반적인 기호도 특성이 유의적인 영향을 미치는 것으로 나타났다(p<0.01). 구이 형태인 경우 거주지역, 연령, 직업, 가계수입, 고기섭취 습관, 숙성 여부 및 부위에 따라 연도, 다즙성, 향미 및 기호도 성향에 유의적인 차이가 있었다(p<0.001). 또한, $1^{++}$ 등급과 같은 최상의 육질등급을 받은 거세한우고기의 관능평가 결과에 대하여 주성분 분석을 실시한 결과, 요리방법에 따라 연도, 다즙성, 향미 및 기호도가 부위별 관능특성에 미치는 가중치가 다른 것으로 분석되었다. 결론적으로 한국소비자들은 동일한 조건의 쇠고기일지라도 요리방법 및 부위에 따라 쇠고기 맛을 평가하는 기호도에 차이가 있었으며 이러한 점을 고려하여 부위별 요리방법별 맛 예측모델을 확립한다면 한우고기를 차별화 할 수 있는 유통시스템 개발이 가능할 것으로 생각된다.

사회인구학적 요인이 한우수소고기의 부위 및 요리형태별 관능특성에 미치는 영향 (Effect of Socio-demographic Factors on Sensory Properties of Korean Hanwoo Bull Beef by Different Cut and Cooking Methods)

  • 조수현;김진형;김재희;성필남;박범영;김경의;서그러운달님;이종문;김동훈
    • Journal of Animal Science and Technology
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    • 제49권6호
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    • pp.857-870
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    • 2007
  • 본 연구는 일반적으로 낮은 육질등급으로 유통되는 한우수소고기에 대하여 소비자 관능평가를 실시하여 사회인구학적 요인과 한국소비자들의 관능특성간에 어떠한 관계가 있는지 알아보고, 이 결과를 한국소비자들을 위한 요리방법별 부위별 맛 예측 모델을 설정하기 위한 기초자료로 활용하고자 수행하였다. 24개월령 한우수소를 도축한 후 업진, 보섭, 채끝, 등심, 꾸리, 홍두깨, 목심, 설깃, 우둔, 양지부위를 분리하여 전국 소비자 650명을 대상으로 탕, 그릴 및 구이형태로 각각 조리하여 연도, 다즙성, 향미 및 전반적인 기호도를 평가한 결과 탕형태로 조리된 한우수소고기는 거주지역, 연령, 성별, 직업, 고기섭취습관 및 10개의 부위에 대한 관능특성 4가지 요인(연도, 다즙성, 향미 및 전반적인 기호도)과 모두 관련이 있는 것으로 나타났다. 스테이크 형태인 경우 쇠고기에 대한 기호성향이 거주지역, 연령 및 식습관 등과 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났으나 직업, 가족수, 가계수입 및 부위에 따라서는 유의적인 차이가 있는 것으로 나타났다(p<0.01). 구이형태인 경우 거주지역, 연령, 직업, 가계수입, 식습관 및 부위에 따라 기호도 성향에 차이가 있었다. 또한, 한우수소고기의 관능평가 결과에 대하여 주성분 분석을 실시한 결과 요리방법에 따라 연도, 다즙성, 향미 및 기호도가 부위별 관능특성에 미치는 가중치가 다른 것으로 분석되었다. 결론적으로 한국소비자들은 동일한 조건의 쇠고기일지라도 요리방법 및 부위에 따라 쇠고기 맛을 평가하는 기호도에 차이가 있었으며 이러한 점을 고려하여 부위별요리방법별 맛 예측모델을 확립한다면 한우고기를 차별화할 수 있는 유통시스템 개발이 가능할 것으로 생각된다.

한우수소의 부위별 영양성분조성 및 이화학적 육질특성 (Nutritional Composition and Physico-chemical Meat Quality Properties of Korean Hanwoo Bull Beef)

  • 조수현;박범영;김진형;최연호;성필남;정완태;정명옥;김동훈;안종남
    • Journal of Animal Science and Technology
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    • 제49권6호
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    • pp.871-880
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    • 2007
  • 본 연구는 일반적으로 낮은 육질등급으로 유통되는 한우수소고기에 대하여 소비자 관능평가를 실시하여 사회인구학적 요인과 한국소비자들의 관능특성간에 어떠한 관계가 있는지 알아보고, 이 결과를 한국소비자들을 위한 요리방법별 부위별 맛 예측 모델을 설정하기 위한 기초자료로 활용하고자 수행하였다. 24개월령 한우수소를 도축한 후 업진, 보섭, 채끝, 등심, 꾸리, 홍두깨, 목심, 설깃, 우둔, 양지부위를 분리하여 전국 소비자 650명을 대상으로 탕, 그릴 및 구이형태로 각각 조리하여 연도, 다즙성, 향미 및 전반적인 기호도를 평가한 결과 탕형태로 조리된 한우수소고기는 거주지역, 연령, 성별, 직업, 고기섭취습관 및 10개의 부위에 대한 관능특성 4가지 요인(연도, 다즙성, 향미 및 전반적인 기호도)과 모두 관련이 있는 것으로 나타났다. 스테이크 형태인 경우 쇠고기에 대한 기호성향이 거주지역, 연령 및 식습관 등과 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났으나 직업, 가족수, 가계수입 및 부위에 따라서는 유의적인 차이가 있는 것으로 나타났다(p<0.01). 구이형태인 경우 거주지역, 연령, 직업, 가계수입, 식습관 및 부위에 따라 기호도 성향에 차이가 있었다. 또한, 한우수소고기의 관능평가 결과에 대하여 주성분 분석을 실시한 결과 요리방법에 따라 연도, 다즙성, 향미 및 기호도가 부위별 관능특성에 미치는 가중치가 다른 것으로 분석되었다. 결론적으로 한국소비자들은 동일한 조건의 쇠고기일지라도 요리방법 및 부위에 따라 쇠고기 맛을 평가하는 기호도에 차이가 있었으며 이러한 점을 고려하여 부위별요리방법별 맛 예측모델을 확립한다면 한우고기를 차별화할 수 있는 유통시스템 개발이 가능할 것으로 생각된다.

벼의 자연통풍건조에 있어서 통풍량이 건조에 미치는 영향에 관한 연구 (A Study on Effects of Air-delivery Rate upon Drying Rough Rice with Unheated Air.)

  • 이상우;정창주
    • 한국농공학회지
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    • 제16권1호
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    • pp.3293-3301
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    • 1974
  • An experimental work was conducted by using a laboratory-made model dryer to investigate the effect of the rate of natural forced-air on the drying rate of rough rice which was deposited in the deep-bed. The dryer consisted of 8 cylinderical containers with grain holding screen at their bottoms, each of which having 30cm in diameter and 15cm in height. The containers were sacked vertically with keeping them air-tight by using paper tape during dryer operation. Two separate layers of containers were operated in the same time to have two replications. The moisture contents of grains within each bins after predetermined period of dryer operation were determined indirectly by measuring the weight of the individual containers. The air-rates were maintained at 6 levels, or 5, 8, 10, 15, 18 and 20 millimenters of static head of water. The roomair conditions during dryer operation were maintained in the range of 10-l5$^{\circ}C$ in temperature and 40-60% in relative humidity. The results of the study are summarized as follows: 1. Drying characteristics of the grains in the bottom layers were approximately the same regardless of airdelivery rates, giving the average drying rate as about 0.35 percent per hour after 40-hour drying period, during which moisture content (w. b.) reduced from 24 percent to about 10 percent. 2. After about 40-hour drying period, the mean drying rates increased from 0.163 percent per hour to 0.263 percent per hour as air-flow rates increased from 5mm to 87.16mm of static head of water. In the same time, the moisture differences of grains between lower and upper layers varied from 12.7 percent at the air rate of 5mm of water head to 7.5 percent at the air-flow rate of 20mn of water head. Thus, the greater the air-flow rate was, the more overall improvement in drying performance was. Additionally, from the result of ineffectiveness of drying grain positioned at 70cm depth or above by the air rate of 5mm of static head of water it may be suggested in practical application that the height of grain deposit would be maintained adequately within the limits of air-rates that may be actually delivered. 3. Drying after layer-turning operation was continued for about 30 hours to test the effectiveness of reducing moisture differences in the thick layers. As a result of this layer-turning operation, moisture distribution through layers approached to narrow ranges, giving the moisture range as about 7 percent at air-flow rate of 5mm head of water, about 3 percent at 10mm head about 2 percent at 15mm head, and less than 1 percent at 20mm head. In addition, from the desirable results that drying rate was rapid in the lower layers and dully in the upper layers, layer-turning operation may be very effective in natural air drying with deep-layer grain deposit, especially when the forced air was kept in low rate. 4. Even though the high rate of air delivery is very desirable for deep-layer natural-air drying of rough rice, it can be happened that the required air delivery rate could not be attained because of limitation of power source available on farms. To give a guide line for the practical application, the power required to perform the drying with the specified air rate was analyzed for different sizes of drying bin and is given in Table (5). If a farmer selects a motor of which size is 1 or {{{{1 { 1} over {2 } }}}} H.P. and air-delivery rate which ranges from 8~10mm of head, the diameter of grain bin may be suggested to choose about 2.4m, also power tiller or other moderate size of prime motor may be recommended when the diameter of grain bin is about 5.0m or more for about 120cm grain deposit.

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생태적 축산폐수 처리 및 재활용 연못시스템의 폐수처리수준 (Treatment Level of a Pond System for Ecological Treatment and Recycling of Animal Excreta)

  • 양홍모;이종욱
    • 한국환경농학회지
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    • 제17권1호
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    • pp.70-75
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    • 1998
  • 실험결과 최종처리수의 $BOD_5$를 30mg/l 이하로 유지하는 것이 충분히 가능하다. 최종처리수의 총질소와 총인은 축산폐수처리시설의 방류수 수질기준보다 월등히 낮다. 연못상층에서 조류(Algae)가 성장하면서 질소와 인을 흡수하기 때문이다. 연못시스템은 질소와 인을 동시에 제거하는 장점이 있다. 최종처리수의 평균 SS가 $30mg/{\ell}$ 보다 다소 높아 2차처리 수준의 방류수 수질기준을 충족시키지 못하는 경우가 발생할 수 있으나 연못상층의 조류(Algae) 성장에 원인이 있어 문제가 되지 않는다. 2차연못과 3차연못의 SS는 거의 조류가 차지하고 있다. 조류를 회수하여 사료로 사용하거나 처리수를 유기농업 관수로 이용하여 조류를 비료로 이용하는 재활용 방법이 바람직하다. 실험 연못시스템의 모델은 연못의 수, 연못의 종류, 각 연못의 크기, 유입폐수의 $BOD_5$ 부하량을 적절히 조절하면 액상폐수(뇨${\cdot}$오수)뿐아니라 분${\cdot}$${\cdot}$오수를 동시에 처리할 수 있다. 국내 여건에서는 중소규모 축산시설의 폐수를 처리하는데 연못시스템이 적합하며, 토지확보가 가능하면 대형 축산폐수 공동처리시설로 사용할 수 있다. 대부분 축산농가에 설치되어 있는 간이정화조와 산화구를 연못시스템으로 대치하여 이들의 낮은 처리효율의 문제점을 해결할 수 있다고 사료된다. 다른 처리기법에 비해 연못시스템은 관리운영에 적은 인력과 경비가 소요하여 노동력이 부족한 농촌지역에 적합하다.

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공동이 있는 수직 분사 초음속 연소기 내의 불안정 연소유동 해석 (Numerical Analysis of Unstable Combustion Flows in Normal Injection Supersonic Combustor with a Cavity)

  • Jeong-Yeol Choi;Vigor Yang
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
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    • pp.91-93
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    • 2003
  • A comprehensive numerical study is carried out to investigate for the understanding of the flow evolution and flame development in a supersonic combustor with normal injection of ncumally injecting hydrogen in airsupersonic flows. The formulation treats the complete conservation equations of mass, momentum, energy, and species concentration for a multi-component chemically reacting system. For the numerical simulation of supersonic combustion, multi-species Navier-Stokes equations and detailed chemistry of H2-Air is considered. It also accommodates a finite-rate chemical kinetics mechanism of hydrogen-air combustion GRI-Mech. 2.11[1], which consists of nine species and twenty-five reaction steps. Turbulence closure is achieved by means of a k-two-equation model (2). The governing equations are spatially discretized using a finite-volume approach, and temporally integrated by means of a second-order accurate implicit scheme (3-5).The supersonic combustor consists of a flat channel of 10 cm height and a fuel-injection slit of 0.1 cm width located at 10 cm downstream of the inlet. A cavity of 5 cm height and 20 cm width is installed at 15 cm downstream of the injection slit. A total of 936160 grids are used for the main-combustor flow passage, and 159161 grids for the cavity. The grids are clustered in the flow direction near the fuel injector and cavity, as well as in the vertical direction near the bottom wall. The no-slip and adiabatic conditions are assumed throughout the entire wall boundary. As a specific example, the inflow Mach number is assumed to be 3, and the temperature and pressure are 600 K and 0.1 MPa, respectively. Gaseous hydrogen at a temperature of 151.5 K is injected normal to the wall from a choked injector.A series of calculations were carried out by varying the fuel injection pressure from 0.5 to 1.5MPa. This amounts to changing the fuel mass flow rate or the overall equivalence ratio for different operating regimes. Figure 1 shows the instantaneous temperature fields in the supersonic combustor at four different conditions. The dark blue region represents the hot burned gases. At the fuel injection pressure of 0.5 MPa, the flame is stably anchored, but the flow field exhibits a high-amplitude oscillation. At the fuel injection pressure of 1.0 MPa, the Mach reflection occurs ahead of the injector. The interaction between the incoming air and the injection flow becomes much more complex, and the fuel/air mixing is strongly enhanced. The Mach reflection oscillates and results in a strong fluctuation in the combustor wall pressure. At the fuel injection pressure of 1.5MPa, the flow inside the combustor becomes nearly choked and the Mach reflection is displaced forward. The leading shock wave moves slowly toward the inlet, and eventually causes the combustor-upstart due to the thermal choking. The cavity appears to play a secondary role in driving the flow unsteadiness, in spite of its influence on the fuel/air mixing and flame evolution. Further investigation is necessary on this issue. The present study features detailed resolution of the flow and flame dynamics in the combustor, which was not typically available in most of the previous works. In particular, the oscillatory flow characteristics are captured at a scale sufficient to identify the underlying physical mechanisms. Much of the flow unsteadiness is not related to the cavity, but rather to the intrinsic unsteadiness in the flowfield, as also shown experimentally by Ben-Yakar et al. [6], The interactions between the unsteady flow and flame evolution may cause a large excursion of flow oscillation. The work appears to be the first of its kind in the numerical study of combustion oscillations in a supersonic combustor, although a similar phenomenon was previously reported experimentally. A more comprehensive discussion will be given in the final paper presented at the colloquium.

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