중력탐사는 지하의 밀도 분포를 구하는 탐사법이므로 지하의 빈 공간의 탐지나 기반암의 견고성을 파악하는 데 직접적인 정보를 제공하므로, 고정밀 중력탐사는 지하공동, 터널, 채굴적 등의 탐지에 효과적으로 적용될 수 있다. 이 논문은 석회암 공동 탐지, 폐갱도 탐지 그리고 사력댐의 밀도 구조 등 3가지 실제 탐사 사례를 통하여 고정밀 중력탐사가 천부 토목 조사와 구조물 안정성 조사에 유용하게 활용됨을 보여주고자 한다.
Experiments at the Japan Microgravity Center(JAMIC) have investigated the interaction between diffusion flames and solid surfaces placed near flames. The fuel for the flames was $C_2H_4$. The surrounding oxygen concentration was 35% with temperatures of $T_a$=300. Especially, the effect of wall temperature on soot deposition from a diffusion flame placed near the wall has been studied by utilizing microgravity environment, which can attain very stable flame along the wall. Cylindrical burner with fuel injection was adopted to obtain two dimensional soot distributions by laser extinction method. In the experiment two different wall temperatures, $T_w$=300,800K, were selected as test conditions. The results showed that the soot distribution between flame and burner wall was strongly affected by the wall temperature and soot deposition increases with decrease in wall temperature. The comparison among the values for two different wall temperatures suggested that the change in thermophoretic effect is the most dominant factor to give the change in soot deposition characteristics.
Gravity method could be one of the most effective tool for evaluating the soundness of basement which is directly correlated with density and its variations. Moreover, Gravimeter is easy to handle and strong to electromagnetic noises. But, gravity anomaly due to the target structures in engineering and environmemtal applications are too small to detect, comparing to the external changes, such as, elevation, topography, and regional geological variations. Gravity method targeting these kinds of small anomaly sources with high precision usually called microgravity. Microgravimetry with precision and accuracy of few ${\mu}Gal$, can be achieved by the recent high-resolution gravimeter, careful field acquisition, and sophisticated processing, analysis, and interpretation routines. This paper describes the application of the microgravity, such as, density structure of a rock fill dam, detection of abandoned mine-shaft, detection and mapping of karstic cavities in limestone terrains, and time-lapse gravity for grout monitoring. The case studies show how the gravity anomalies detect the location of the targets and reveal the geologic structure by mapping density distributions and their variations.
수치법을 검증하고 번형률과 연료농도가 무중력 확산화염 구조에 미치는 영향을 파악하기 위해, 무중력에서의 비예혼합 메탄-공기 대향류 화염의 구조를 FDS의 축대칭 모사로 조사하였다. 연료 중의 메탄 몰분율 $X_m$=20, 50, 80%와 각각의 몰분율에서 변형률 $a_g$=20, 50, $90s^{-1}$의 계산결과를 1차원 화염코드인 OPPDIF의 결과와 비교하였다. 축대칭 모사로 계산한 온도와 축방향 유속의 분포가 1차원 모사 결과와 잘 일치하였다. 화염의 두께와 위치, 정체점을 잘 예측함으로써 FDS를 넓은 범위의 변형률과 연료농도의 대향류 화염에 적응할 수 있음을 확인하였다.
Experiments on flame spread in an one-dimensional droplet array up to supercritical pressures of fuel droplet have been conducted In normal gravity and microgravity. Evaporating process around unburnt droplet is observed through high-speed Schlieren and direct visualizations in detail, and flame spread rate is measured using high speed chemiluminescence images of OH radical. Flame spread behaviors are categorized into three: flame spread is continuous at low pressures and is regularly intermittent up to the critical pressure of fuel. flame spread is irregularly intermittent and zig-zag at supercritical pressures of fuel. At atmospheric pressure, the limit droplet spacing and the droplet spacing of maximum flame spread rate in microgravity are larger than those in normal gravity. In microgravity, the flame spread rate with the increase of ambient pressure decreases initially, takes a minimum, and then decreases after taking maximum. This is so because the flame spread time is determined by competing effects between the increased transfer time of thermal boundary layer due to reduced flame diameter and the reduced ignition delay time in terms of the increase of ambient pressure. Consequently, it is found that flame spread behaviors in microgravity are considerably different from those in normal gravity due to the absence of natural convection.
중력이 거의 작용하지 않는 마이크로중력환경에서 소동물의 질량이 측정 가능한 고성능 관성저울을 개발하기 위해, 약 100g의 측정시료를 이용하여 관성저울의 핵심 디자인 파라미터인 로드셀의 응답특성을 평가하였다. 정확한 성능평가를 위해서 1.5초의 마이크로중력환경을 제공할 수 있는 15m 자유 낙하탑을 활용하였으며, 살아 있는 동물의 질량을 측정해야 하는 점을 고려하여 측정시료의 감속 크기 변화에 따른 로드셀의 응답특성를 파악하였다. 동일한 가속도로 가 감속되는 표준시료와 측정시료의 관성력 비의 분석결과 로드셀이 장착된 가속판이 평균 이동속도 0.5 m/s 이상으로 운동하는 경우에 한하여 설계 기준에 부합하는 것을 알 수 있었다.
고정밀 중력 탐사는 천부의 소규모 밀도 이상 구조를 명확하게 탐지하는 것을 목적으로 하므로, 정밀한 측정과 보정뿐 아니라 소규모 이상 구조를 명확하게 분석해 낼 수 있는 역산법도 필요하다. 이것은 역산에서의 타당치 않은(ill-posed) 문제를 해결하기 위한 안정자를 밀도가 급격하게 변화하는 경계부를 분명하게 구분할 수 있도록 설계함으로써 가능해 진다. 이 논문은 다양한 탐사 목적에 대응할 수 있도록 여러 가지 역산 알고리즘을 포함하는 2차원 고정밀 중력 역산 패키지를 구성하였다. 패키지는 Matlab 기반으로 작성하였으며, 최선의 역산 결과를 얻을 수 있도록 대화형으로 만들었다. 몇 가지 대표적인 모델에 대한 수치모델링 자료에 역산 패키지에 포함되어 있는 여러 가지 역산 알고리듬을 적용하여 역산 방법들을 비교 및 검토하였다. 마지막으로 실제 탐사 자료에도 적용하였다.
An experimental and numerical analysis were conducted to investigate the transient temperature distribution and flame propagation characteristics over an inline polystyrene spheres under microgravity. From the experimental, a self-ignition temperature of polystyrene bead was 872 K under gravity. Flame spread rates were 4.7-5.1 mm/s with ambient gas N$_2$and 2.3-2.5 mm/s with ambient gas CO$_2$, respectively. Flame radius diameters were 17 mm with ambient gas N$_2$and 9.6 mm with ambient gas CO$_2$, respectively. These results suggest that the flame propagation speed could be affected in the Diesel engine and the boiler combustor by EGR. In terms of the flame spread rate and the transient temperature profile, numerical results have the qualitative agreement with the experiment.
The convective flow structures in the vapor phase on earth are shown to be single unicellular, indicating the solutally dominant convection is important. These findings reflect that the total molar fluxes show asymmetrical patterns in a viewpoint of interfacial distributions. With decreasing the gravitational level form $1g_0$ down to $1.0{\times}10^{-4}g_0$, the total molar fluxes decay first order exponentially. It is also found that the total molar fluxes decay first order exponentially with increasing the partial pressure of component B, PB (Torr) form 5 Torr up to 400 Torr. Under microgravity environments less than $1g_0$, a diffusive-convection mode is dominant and, results in much uniformity in front of the crystal regions in comparisons with a normal gravity acceleration of $1g_0$.
The transient soot distributions within the region bounded by the droplet surface and the flame were measured using a full-filed light extinction technique and subsequent tomographic inversion using Abel transforms. The soot volume fraction results for n-heptane droplets represent the first quantitative assessment of the degree of sooting for isolated droplets burning under microgravity condition. The absence of buoyancy(which produces longer residence times) and the effects of thermophoresis produce a situation in which a significant concentration of soot is produced and accumulated into a soot-cloud. Results indicate that indeed the soot concentration within the microgravity droplet flames(with maximum soot volume fractions as high as ~60ppm) are significantly higher than corresponding values that are reports for normal-gravity flames. This increase in likely due to longer residence times and thermophoretic effects that manifested under microgravity conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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