• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권1호
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• pp.10-24
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• 2013

본 논문은 과학 및 공학에서 폭넓게 연구되고 있는 다규모 모사(multiscale simulation; MSS)에 대하여 간단하게 그 현황을 살펴본 후, 이러한 MSS를 공정개발에 효과적으로 적용하기 위하여 공정개발을 위한 PD-MSS (MSS for process development)를 제시한다. 4단계로 제시된 PD-MSS는 PLS(공정수준모사), FLS(유체수준모사), mFLS(미세유체수준모사), 그리고 MLS(분자수준모사) 로 구성된다. 각 규모의 특징과 주요 기법들, 그리고 이들 4개 규모 간 연관성을 설명한다. PD-MSS의 예로서 흡수탑, 유동층 반응기, 그리고 흡착공정의 모사가 소개된다. 성공적인 다규모 모사(MSS)를 위하여 다규모적 화학공학 문제들에 대한 이해, 각 규모 및 규모간 자연현상을 표현할 수 있는 모델 개발, 수학적 모델을 전산상에서 구현할 수 있도록 하는 소프트웨어 개발, 그리고 계산을 수행하는 하드웨어에서의 조화로운 발전이 필요하다. 다규모 모사는 모사결과의 정확도(accuracy), 컴퓨터의 계산능력(computation capacity), 그리고 효율성(efficiency)을 제한 조건으로 주어진 문제에 접근해야 할 것이다. 거시적 규모와 미시적 규모는 상대적으로 잘 정리되어 있지만, 이들 사이인 중간규모(mesoscale) 에서의 모델은 병목현상을 보이고 있다. 따라서 물리적 현상을 신뢰성 있고, 정확하게 예측하기 위하여 중간규모에 대한 많은 연구가 요구된다. 시작단계에 불과한 PD-MSS는 공정개발에 있어서 시간과 비용을 절감할 수 있는 지속 가능한 기술로서 자리잡게 될 것이다.

• 공업화학전망
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• 제24권3호
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• pp.28-41
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• 2021

고분자 시스템의 경우 매우 상이한 시간 및 길이 스케일(time and length scale)에 연관된 복잡한 내부 구조(internal structure)를 가지고 있기 때문에 전통적인 실험 방법만으로는 체계적이고 종합적인 연구가 쉽지 않다. 최근 다양한 시간 및 길이 스케일에 연관된 연구를 진행할 수 있는 다중 스케일 전산 모사(multiscale computer simulation) 방법은 이러한 고분자 시스템 연구에 있어서 새로운 대안으로 각광받고 있다. 본 논문에서는 최근 급격한 발전을 이룬 고분자 용액(polymeric liquid) 시스템에 대한 평형(equilibrium) 및 비평형(nonequilibrium) 전산 모사(computer simulation) 방법들에 관해 소개하고 이를 통합적으로 해석할 수 있는 다중 스케일 전산 모사 방법에 대해 여러 가지 사례를 들어 살펴보았다.

• 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지
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• 제20권10호
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• pp.534-542
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• 2014

멀티스케일 모델링은 시공간적으로 서로 다른 규모의 시스템을 다룰 수 있는 시뮬레이션 기법이다. 본 연구에서는 멀티스케일 모델링 연구의 일환으로 서로 다른 시뮬레이션 기법인 분자동역학과 확률회전동역학을 결합할 수 있는 방법을 제안한다. 분자동역학 프로그램 중 잘 알려진 오픈 소스인 LAMMPS를 기반으로 멀티스케일링 모델링을 구현하였으며 LAMMPS에서 정의한 제3자를 위한 표준 확장 방법을 따랐다. 제안된 방법에서는 확률회전동역학 모델을 기본으로 경계 영역은 분자동역학으로 해석 가능하게 하였고 심리스한 해석을 보장하기 위하여 중첩 영역과 정보 교환 영역을 함께 구현하였다. 예비실험을 수행한 결과, 제안된 멀티스케일 방법론이 기존 분자동역학 시뮬레이션 결과와 일치된 해석 결과를 보여주었으며 실행 시간 또한 단축시킬 수 있음을 확인하였다.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제4권3호
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• pp.173-185
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• 2011

A multiscale modeling scheme that addresses the influence of the nanoparticle size in nanocomposites consisting of nano-sized spherical particles embedded in a polymer matrix is presented. A micromechanics-based constitutive model for nanoparticle-reinforced polymer composites is derived by incorporating the Eshelby tensor considering the interface effects (Duan et al. 2005a) into the ensemble-volume average method (Ju and Chen 1994). A numerical investigation is carried out to validate the proposed micromechanics-based constitutive model, and a parametric study on the interface moduli is conducted to investigate the effect of interface moduli on the overall behavior of the composites. In addition, molecular dynamics (MD) simulations are performed to determine the mechanical properties of the nanoparticles and polymer. Finally, the overall elastic moduli of the nanoparticle-reinforced polymer composites are estimated using the proposed multiscale approach combining the ensemble-volume average method and the MD simulation. The predictive capability of the proposed multiscale approach has been demonstrated through the multiscale numerical simulations.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제6회(2017년)
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• pp.110-117
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• 2017

Multiscale Simulation은 sub-nano scale의 전자 구조에서부터 macro scale의 multibody system에 이르기까지 다양한 시간/공간 스케일을 관통하는 시뮬레이션 기법이다. 즉, 전자수준에서의 변화로 인한 분자 전체의 구조 변화와 그에 따른 기능의 변화를 알 수 있는 simulation 방법으로 다양한 스케일에서 분자의 정보를 얻을 수 있다는 점에서 최근 중요하게 여겨지는 시뮬레이션 방법 중 하나이다. 따라서 본 연구에서는 몇 가지의 EDISON_CHEM 솔버들을 조합하여 Multiscale Simulation의 가능성을 제시하고자 한다. 또한, 세부적으로 양자계산 시에 어떤 이론을 선택하여 계산하면 더 정확한지, basis set 선택 시 발생하는 basis set superposition error(BSSE)로 인한 분자 수준의 물성의 오차는 어느정도 인지 알아보고자 했다. 본 연구에서는 비교적 간단하지만 온실 가스이자 에너지원으로 각광받고 있는 메탄을 대상으로 하였다. 다양한 시공간 스케일을 다루는 에디슨 솔버들 중에 양자 수준의 계산을 할 수 있는 솔버로는 "GAMESS"를 이용했고, 이 결과를 통해 분자 수준의 물성을 알아보기 위한 솔버로는 "사용자 지정 역장을 사용한 일반 분자동력학(general_MD)"과 "두가지 서로 다른 종류의 LJ입자에 대한 분자동력 시뮬레이션 프로그램(sejong_lj))"을 이용했다. 메탄의 상 전이 과정에 대한 연구 결과 Hartree fock (HF) self-consistent theory를 통해 얻은 force field 보다는 Second-order Møller-Plesset (MP2) perturbation theory로 얻은 force field가 더 정확한 상 전이 온도를 예측한다는 것을 메탄의 coarse-grained simulation을 통해 알 수 있었다. 또한, MP2 이론으로 구한 force field에서 BSSE를 보정해주면 실험적으로 구한 메탄의 상 전이 온도와 더 근사한 값의 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있었다. 이를 통해 전자 간의 상호작용을 더 정교하게 계산하는 MP2 이론으로 force field를 구해서 BSSE를 보정해주면 계산의 결과가 정확해진다는 것을 알 수 있었으며 이것이 EDISON_CHEM의 솔버들로 가능하다는 것을 제시하였다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2006년도 PARALLEL CFD 2006
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• pp.185-187
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• 2006

• 응용통계연구
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• 제32권4호
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• pp.561-572
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• 2019

본 연구는 다층적 다중변화점 추정법으로 FDRSeg 기법과 SMUCE 기법의 이론적 특성을 파악하고 모의실험을 통해 경험적 특성을 비교하고자한다. FDRSeg (False discovery rate segmentation)기법은 FDR 기반 조절을 하여 변화점을 추정하고 SMUCE (simultaneous multiscale change-point estimator) 기법은 국소우도함수 기반 다중 검정으로 변화점을 추정한다. 변화점의 개수가 작을경우에는 두 기법에 의한 추정능력이 비슷하다. 변화점 개수가 많을수록 FDRSeg 의 추정이 변화점 개수와 추정측도 면에서 더 좋은 편이다. 실제 데이터 분석으로 검층 주상도 데이터에 대해 각 기법으로 다중변화점 추정을 하고 비교한다.

• 멤브레인
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• 제20권1호
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• pp.29-39
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• 2010

본 연구는 차세대 에너지원으로 주목 받고 있는 직접메탄올연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)에 대해 mutiscale 기법을 사용하여 DMFC의 MEA부분에 대한 상세 모델링 및 전산모사를 통한 이론적 고찰을 시도하였다. 본 연구에서 이용한 multiscale 모델링 방법은 공정시스템 공학의 kinetic 중심의 모델링 방법과 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)의 유동중심의 모델링 방법을 유기적으로 결합하여 모사 중간에 필요한 데이터 교환을 함으로써 정확한 모델링 및 전산모사 결과를 얻었다. CFD 모델링으로 유체 이동현상을 3차원으로 해석하였고, 동시에 복잡한 비선형 대수방정식으로 표현되는 반응속도, 전기화학반응을 DAE (Differential & Algebraic Equation) solver로 계산하였다. 모델은 메탄올의 산화반응과 산소의 환원반응을 중심으로 MEA (Membrane Electorde Assembly)부분에서 물리화학적, 전기적 현상 현상을 규명하고, 반응 메커니즘을 구성하였다. MEA 모델은 3차원 공간에서 변위를 가지는 3차원 모델로 구성하였으며, 정상상태 및 등온공정의 조건하에 수립되었다. 이를 통해 channel을 포함한 MEA 부분에서 발생되는 물리적, 화학적, 전기적 현상을 정확히 예측 할 수 있다. 본 연구를 통해 수행된 결과는 DMFC의 실험계획 및 운전조건을 도출함에 있어 매우 유용한 역할을 할 수 있을 것으로 사료되며, 추가적인 연구를 통해 DMFC의 상용화에 크게 이바지 할 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제39권3호
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• pp.79-86
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• 2022

Thermospheric wind observations from high to mid latitudes are compared with the newly developed Multiscale Atmosphere Geospace Environment (MAGE) model for the Nov 3-4 geomagnetic storm. The observation and simulation comparison shows a very good agreement and is better at high latitudes in general. We were able to identify a thermospheric poleward wind reduction possibly linked to a northward turning of the Interplanetary Magnetic Field (IMF) at ~22 UT on Nov 3 and an enhancement of the poleward wind to a southward turning near 10 UT on Nov 4 at high latitudes. An IMF southward turning may have led to an enhancement of equatorward winds at Boulder, Colorado near midnight. Simultaneous occurrence of aurora may be associated with an IMF By turning negative. The MAGE model wind simulations are consistent with observations in these cases. The results show the model can be a very useful tool to further study the magnetosphere and ionosphere coupling on short time scales.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2008년도 12th Asian Congress of Fluid Mechanics
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• pp.46.4-46.4
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• 2008