• 한국지반공학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.55-62
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• 2016

본 연구에서는 공극 네트워크 모델을 이용하여 사질토의 함수특성곡선을 수치해석적으로 획득하였다. 주문진표준사의 시편을 고해상도 3차원 X-ray CT 촬영하여 공극 영상을 획득하였고, 이를 공극방과 공극목으로 이루어진 관망으로 재구성하였으며 이 때 관의 반경은 공극목의 최소반경으로 정의하였다. 모세관압에 영향을 미치는 공극목의 반경은 세선화알고리즘과 유클리디언 거리변환을 통해 계산하였다. 수치해석적으로 얻은 함수특성곡선을 실험결과와 비교하였으며, 수치해석 결과는 실험결과에 비해 공기함입치가 과대평가 되었으나 전체 모세관압은 유사한 분포를 나타냈다. 또한 실험결과로부터 도출된 상대투수율은 높은 포화도에서 수치해석 결과에 비해 큰 값을 보였다.

• 청정기술
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• 제12권4호
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• pp.224-231
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• 2006

현탁액중의 부유입자를 제거하는 입상여과공정을 Network 모델을 이용하여 여과효율과 압력손실에 대해 예측하였다. 구형 여재로 구성되어 있는 여재 층을 node와 원통형 bond로 구성된 network로 가정하였으며 여과 공정을 통해 부유입자는 bond 표면에 포집된다. 원통형 bond에서의 여과효율은 bond의 세공부피를 단위 cell의 유체 막 부피로 가정하여 입자의 경로 분석을 이용하여 구하였으며, 포집된 부유입자가 추가적인 여재로서의 역할은 bond 세공이 좁아짐에 따른 효율 증가로 나타내었다. 또한 세공이 좁아짐에 따른 압력손실도 예측하였다. 본 network 모델의 세공 분포를 부여하는 과정의 stochastic한 성질로 인하여 많은 전산모사가 필요하지만, 본 모델을 이용하여 여과효율과 압력손실을 동시에 예측할 수 있었다.

• Smart Structures and Systems
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• 제34권1호
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• pp.51-62
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• 2024

Application of biopolymers to improve the mechanical properties of soils has been extensively reported. However, a comprehensive understanding of various engineering applications is necessary to enhance their effectiveness. While numerous experimental studies have investigated the use of biopolymers as injection materials, a detailed understanding of their injection behavior in soil through numerical analyses is lacking. This study aimed to address this gap by employing pore network modeling techniques to analyze the injection characteristics of biopolymer solutions in soil. A pore network was constructed from computed tomography images of Ottawa 20-30 sand. Fluid flow simulations incorporated power-law parameters and governing equations to account for the viscosity characteristics of biopolymers. Agar gum was selected as the biopolymer for analysis, and its injection characteristics were evaluated in terms of concentration and pore-size distribution. Results indicate that the viscosity properties of biopolymer solutions significantly influence the injection characteristics, particularly concerning concentration and injection pressure. Furthermore, notable trends in injection characteristics were observed based on pore size and distribution. Importantly, in contrast to previous studies, meaningful correlations were established between the viscosity of the injected fluid, injection pressure, and injection distance. Thus, this study introduces a novel methodology for integrating pore network construction and fluid flow characteristics into biopolymer injections, with potential applications in optimizing field injections such as permeation grouting.

• Geomechanics and Engineering
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• 제39권1호
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• pp.73-85
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• 2024

There is growing interest in introducing artificial ground freezing (AGF) as a method to temporarily secure unstable ground during tunnel construction. In order to efficiently operate an artificial ground freezing system, basic modeling research is needed on the changes in freezing behavior according to various soil environmental conditions as well as design conditions. In this study, a thermal-hydraulic coupled analysis was performed to simulate the artificial ground freezing process of ground containing salt water. The effect of major variables, including pore water salinity, on artificial ground freezing test performance was investigated. Additionally, an artificial neural network-based prediction model was proposed to estimate the time required to achieve the desired arch thickness. The artificial neural network model demonstrated reliable accuracy (R² = 0.9942) in predicting the time it would take to reach the desired arch thickness. Among the major input variables considered, pore water salinity appeared to be the most influential input variable, and initial soil temperature showed the least importance.

• 전기전자학회논문지
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• 제26권4호
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• pp.647-652
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• 2022

본 논문은 사용자들에 의해 촬영된 피부이미지를 가공하여 데이터 세트를 구축하고, 제안한 영상처리 기법에 의해 모공 특징이미지를 생성하여, CNN(Convolution Neural Network) 모델 기반의 모공 상태 등급 예측 시스템을 구현한다. 본 논문에서 활용하는 피부이미지 데이터 세트는, 피부미용 전문가의 육안 분류 기준에 근거하여, 모공 특징에 대한 등급을 라벨링 하였다. 제안한 영상처리 기법을 적용하여 피부이미지로 부터 모공 특징 이미지를 생성하고, 모공 특징 등급을 예측하는 CNN 모델의 학습을 진행하였다. 제안한 CNN 모델에 의한 모공 특징은 전문가의 육안 분류 결과와 유사한 예측 결과를 얻었으며, 비교 모델(Resnet-50)에 의한 결과보다 적은 학습시간과 높은 예측결과를 얻었다. 본 논문의 본론에서는 제안한 영상처리 기법과 CNN 적용의 결과에 대해 서술하며, 결론에서는 제안한 방법에 대한 결과와 향후 연구방안에 대해 서술한다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2011년 춘계학술대회논문집
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• pp.46-53
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• 2011

Water is continuously produced in polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), and is transported and exhausted through polymer electrolyte membrane (PEM), catalyst layer (CL), microporous layer (MPL), and gas diffusion layer (GDL). The low operation temperatures of PEMFC lead to the condensation of water, and the condensed water hinders the transport of reactants in porous layers (MPL and GDL). Thus, water flooding is currently one of hot issues that should be solved to achieve higher performance of PEMFC. This research aims to study liquid water transport in porous layers of PEMFC by using pore-network model, while the microscale pore structure and hydrophilic/hydrophobic surface properties of GDL and MPL were fully considered.

• 한국토양비료학회지
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• 제43권4호
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• pp.415-423
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• 2010

포어 네트웍 모델들 (Pore network model)은 토양 공극의 구조를 조사할 때 유용한 도구들이다. 이런 모델들은 삼차원 이미지들에서 공극의 구조와 관련된 양적 정보를 제공한다. 이 연구는 포어 네트웍 모델을 이용하여 공극의 구조와 수리학적 특성들을 양적으로 측정하였다. 연구목표는 큰 크기의 이미지에서 공극의 구조에 관한 양적 정보를얻기 위해 포어 네트웍 모델을 적용하고, 토양수분특성과 수리 전도도를 삼차원 이미지로부터 계산하고 이 값들은 실험을 통해 얻어진 실험값들과 결합하여 토양의 수리적 특성을 분석하는 것이었다. 토양 시료들은 발티모아 도시 중심에 있는발티모어 과학센터에 위치한 실험부지에서 채취되었다. 불교란 원주형 시료들이 채취되었고, 22 ${\mu}m$ 의 해상도로 x선 단층 촬영되었다. 포어 네트웍은 중심축 변형에 의해 공극에서 축출되었고 이를 바탕으로 공극 구조가 계산되었다. 토양수분특성과 불포화 수리 전도도 값들은 토양 이미지에서 계산 되었다. 토양 밀도, 토양수분특성과 불포화 수리 전도도들은 3 토양 시료들로부터 실험을 통해 구하였다. 삼차원 이미지 분석은 토양 공극의 특성들을, 예를 들어 공극 부피, 길이, 굴곡도, 가장 정확히 분석하였다. 이런 정확한 분석은 토양 내 수문학적 정보를 정확히 산출할 수 있게 하였다. 계산된 값과 실험을 통한 실험치의 결합은 공극에 대한 더 광범한 범위를 분석할 수 있게 하였다. 이 연구를 통해 이미지에서 계산되고 측정된 수문학적 자료들은 토양 내대기공과 소기공을 모두 다 설명해 줄 수 있는 방법이라는 것이 밝혀졌다.

• 지질공학
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• 제23권4호
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• pp.447-455
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• 2013

본 연구에서는 다공질 지반체내의 투수계수를 계산하기 위하여 정방형의 배열형태를 갖는 유동관망(pipe network) 유동해석 모델을 개발하였다. 본 유동관망을 통한 유체의 흐름 메커니즘은 통계적 침투이론(percolation theory)에 기초하여 정의된다(Stauffer and Aharony, 1994). 여기서, 개별 유동관의 직경들이 주어진 다공질 매질의 공극률과 공극크기 분포특성을 기초로 하여 통계적으로 지정됨으로 계산된 유체흐름은 불균일한 채널 유동 형태로 나타난다. 본 유동해석에서는 유동관망 모델의 한쪽 경계면에 가압된 유체가 투입되고 다른 측면 경계면들은 흐름을 억제하는 경계조건을 두어 한 방향으로 유동관망을 통해 유체의 흐름을 유도하여 모델링된다. 이때, 흐름을 허용할지를 정의하는 확산조건(percolation condition)이 각 유동관에 부여되며, 이는 각 유동 경로의 직경과 재료면 특성을 기초로 계산된 삼투압(capillary pressure) 수준에 의해 정의된다. 유체가 유입되는 면의 수압에 대해 전체 유동관망 모델 내의 수압 분포가 평형을 이루면 유출되는 면의 수압이 일정해 지며, 유입면의 수압과 계산된 유출면의 수압 및 유동량을 Darcy 방정식에 적용하면 유동관망 모델로 모사된 다공질 매질의 투수계수를 얻어 낼 수 있다. 본 연구에서는, 민감할 것으로 예상된 유동 격자망의 규모의 투수계수 결과값에 대한 민감도를 검토하였으며, 실제 석유개발 현장에서 수집된 시추코어에 대해 측정된 투수계수값과 제안 네트워크 모델을 이용한 계산값과 비교하여 합리적인 범위 내에서 잘 부합됨을 보였다.

• 자원환경지질
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• 제57권5호
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• pp.487-497
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• 2024

공극 규모 반응성 운송 모델링은 유체 유동과 지화학 반응의 결합이 일어나는 마이크로미터 수준의 프로세스 분석을 수행하는 연구 기법이다. 이는 지질매체 내에서 일어나는 복잡한 물질 거동을 정밀하게 고찰할 수 있게 하는 강력한 연구 기법이지만, 매우 높은 연산 자원이 필요하다는 한계가 존재한다. 이러한 한계를 극복하기 위하여, 본 연구에서는 반응성 운송 모델링에서 대부분의 연산 자원을 소모하는 지화학 반응을 대체하는 인공신경망 기반의 대리모형을 개발하였다. 공극 규모에서는 광물의 공간적 분포에 따라 독립적 지화학 반응 연산을 수행한다는 점에 착안하여 본 연구에서는 광물의 용해/침전과 용질의 흡착 반응을 동시에 고려하는 통합모형(CM)과 독립적으로 고려하는 독립모형(IM)의 두 가지 대리모형의 정확성과 효율을 비교하였다. 평균 제곱 오차(MSE), 결정 계수(R²), 질량 균형 오차(mass balance error) 등의 지표를 통해 모형들을 비교한 결과, 통합모형은 공극 규모에서 발생하는 순차적 반응에서 성능이 저하된 반면, 독립모형은 같은 조건에서도 높은 정확도를 유지하며 복잡한 지화학 반응을 효과적으로 처리하였다. 이 결과는 지화학 반응 대리모형 구축에 있어, 복잡한 지화학 반응 네트워크를 포괄하는 단일모형을 매번 새롭게 구축할 필요 없이, 개별 지화학 반응을 학습한 신경망 모형의 합성을 통하여 공극 규모의 지화학 반응을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권2호
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• pp.61-68
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• 2009

본 논문은 수리학적 현장 주입시험 기간 동안 고려될 필요가 있는 수리역학적 상호작용에 따른 균열암반매질의 수리학적 거동에 대한 수치적 연구이다. 이러한 주입시험은 굴착정 내에 설치된 개구간(open hole section)을 따라 높은 압력을 가진 유량을 주입하며, 이를 통해 굴착정을 가로지르는 균열로부터 유량을 측정하는 것이다. 시간에 따라 변화되는 유량측정결과는 수리역학적 상호작용에 대한 분석 및 예측을 위해 개발된 수치모형의 현장 적용성을 평가하기 위해 사용되었다. 유량측정결과 전도성이 있는 균열들은 상호의존적인 균열망을 형성하며, 이로 인해 균열망을 구성하는 개별적인 균열요소들은 독립적인 시스템으로서 적절하게 모형화 될 수 없음을 보여주었다. 또한 간극수압이 굴착정 주위에 작용하는 최소주응력을 초과할 때 새로운 유체유입영역이 발생되며, 이러한 최소주응력보다 훨씬 큰 간극수압은 굴착정 주위의 균열들에 의해 유지될 수 있다는 것을 보여주었다. 본 연구에서 이러한 특성들이 자연 상태의 균열망의 구성형태에 따라 어떻게 영향을 미치게 되는지 이산 균열망 모형을 통해 수치적으로 분석되었다.