• 제목/요약/키워드: transport and diffusion

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FEMLAB을 이용한 리튬이온전지의 발열특성 평가모델링 (Evaluation Modeling Heat Generation Behavior for Lithium-ion Battery Using FEMLAB)

  • 이대현;윤도영
    • 청정기술
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    • 제18권3호
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    • pp.320-324
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    • 2012
  • 본 연구에서는 리튬이온전지의 방전특성에 따른 열발생 속도를 계산하여 전지의 특성을 평가하였다. 이를 위하여 Butler-Volmer 식을 지배방정식으로 하여, 유사 2차원 모델링을 적용하고, 편미분 연산자인 FEMLAB을 이용하여 전산모사를 수행하였다. 전류밀도를 5 $A/m^2$에서 25 $A/m^2$까지 증가시켜 계산을 수행한 결과, 전류밀도가 증가함에 따라 전극표면에서 고체상 리튬의 소모량이 증가되는 것으로 나타났다. 이로 인한 확산제한의 발생시점이 단축되었으며, 동시에 리튬이온전지의 내부 전위가 컷오프 전위에 도달하는 시점에서 열발생 속도가 급격하게 증가되는 현상을 보여주었다.

정상상태 회전원판전극(RDE) 방법과 유체역학적 요동에 의한 전기화학적(EHD) 임피던스방법을 이용한 금전극표면에 형성된 PVC 피막내 산소확산계수의 온도의존성에 대한 연구 (Temperature Dependence of Oxygen Diffusivity in the PVC Film on Gold Electrode Using Steady-State Rotating Disk Electrode Technique and Modulated Electrohydrodynamic Impedance Technique)

  • 연제원;변수일;이우진;최인규
    • 전기화학회지
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    • 제3권1호
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    • pp.49-56
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    • 2000
  • 정상상태 회전원판전극(RDE)방법과 유체역학적 요동에 의한 전기화학적(EHD) 임피던스방법을 이용하여 금(Au)회전 원판전극(rotating disk electrode)표면에 형성된 PVC(polyvinyl chloride)피막내 산소확산계수의 온도의존성에 대한 연구를 수행하였다. PVC 피막내에서의 산소확산속도(산소확산계수와 피막두께의 비) $D_f/\delta_f$는 한계전류 대 전극회전각속도의 변화로부터 측정하였고, 확산시간상수(diffusion time constant) $\delta_f^2/D_f$측정된 임피던스 값을 $\ulcorner$비전도성, 다공성 피막을 통한 물질이동$\lrcorner$에 대한 확산방정식으로부터 계산된 값에 피팅(fitting)하여 얻었다. 이 측정된 확산속도와 확산시간상수로부터 상온에서 PVC피막의 두께 $\delta_f$와 피막내에서의 산소확산계수(diffusivity) $D_f$를 각각 결정하였다. 온도가 증가함에 따라 측정된 PVC내에서의 산소확산계수가 용액에서의 산소확산계수 $D_s$보다 더 빠르게 증가하였다. 이는 온도가 증가함에 따라 PVC피막내 공공이 성장하고, 이 공공들이 피막내에서 유효한 확산경로로 작용한다는 것을 의미한다. 본 정상상태 및 유체역학적 요동상태 실험방법을 이용하여 금속표면에 존재하는 비전도성 다공질피막의 두께와 피막내 산소확산계수를 동시에 측정할 수 있었으며, 피막의 다공도를 정량적으로 계산할 수 있었다.

지하공간 환경예측 시뮬레이션 개발 연구-핵 폐기물 저장공간 중심으로 (A study on simulation modeling of the underground space environment-focused on storage space for radioactive wastes)

  • 이창우
    • 터널과지하공간
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    • 제9권4호
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    • pp.306-314
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    • 1999
  • 핵폐기물 저장공간과 같이 대규모 터널형 지하공간내에서의 환기량, 온/습도, 오염물질 농도 예측은 공간건설 및 운영을 위하여서 뿐만 아니라 화재등과 같은 비상시의 대처방안 강구를 위하여 반드시 필요하다. 본 연구에서는 압축성 가정하에서 autocompression의 영향을 고려한 자연환기압 계산 fan 및 regulator의 최적 위치 및 용량 결정, 암반 열물성 및 암반 표면으로부터의 증발, 응축에 의한 수분함유량 변화를 고려한 온/습도 계산, 이류확산에 기초한 오염물질 농도 분포 계산 기능을 갖춘 네트워크형 지하공간 환경예측 모델을 개발하였다. 온/습도 예측 모델을 군수물자 지하 저장공간에 적용한 결과 실측값과 상대오차는 건구온도 1.5~2.9%, 습도온도 0.6~6.1%로 나타났다. 도로터널 2개소를 대상으로한 실험결과 외부 입기만에 의한 확산계수는 9.78과 17.35$m^2$/s 큰 편이었으나 차량 운행과 환기설비의 작동시에는 이류확산만을 고려한 경우 CO 및 매연 농도의 상대오차가 5.88과 6.62%로 비교적 작게 나타났다. 이는 대부분의 터널형 지하공간에서의 농도 분포는 이류확산만에 의하여 추정이 가능함을 의미한다.

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불화수소에 대한 사고대응 정보시트 개발 (Development of Accident Response Information Sheets for Hydrogen Fluoride)

  • 윤영삼;박연신;김기준;조문식;황동건;윤준헌;최경희
    • 한국위험물학회지
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    • 제2권1호
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    • pp.18-26
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    • 2014
  • We analyzed the demand of competent authorities requiring adequate technical information for initial investigation of chemical accidents. Reflecting technical reports on chemical accident response by environmental agencies in the U.S. and Canada, we presented information on environmental diffusion and toxic effects available for the first chemical accident response. Hydrogen fluoride may have the risk potential to corrode metals and cause serious burns and eye damages. In case of inhalation or intake, it could have severe health effects. The substance itself is inflammable, but once heated, it decomposes producing corrosive and toxic fume. In case of contact with water, it can produce toxic, corrosive, flammable or explosive gases and its solution, a strong acid, may react fiercely with a base. In case of hydrogen fluoride leak, the preventive measures are to decrease steam generation in exposed sites, prevent the transfer of vapor cloud and promptly respond using inflammable substances including calcium carbonate, sodium bicarbonate, ground limestone, dried soil, dry sand, vermiculite, fly ash and powder cement. The method for fire fighting is to suppress fire with manless hose stanchions or monitor nozzles by wearing the whole body protective clothing equipped with over-pressure self-contained breathing apparatus from distance. In case of transport accident accompanied with fire, evacuation distance is 1,600m radius. In cae of fire, fire suppression needs to be performed using dry chemicals, CO2, water spray, water fog, and alcohol-resistance foam, etc. The major symptoms by exposure route are dyspnoea, bronchitis, chemical pneumonia and pulmonary edema for respiration, skin laceration, dermatitis, burn, frostbite and erythema for eyes, and nausea, diarrhea, stomachache, and tissue destruction for digestive organs. In atmosphere, its persistency is low, and its bioaccumulation in aquatic organism is also low.

부산시 좌천동 단열암반층에서 자연구배 추적자시험을 이용한 수리분산특성 연구 (Characteristics of Hydrodynamic Dispersion Using a Natural Gradient Tracer Test in a Fractured Rock at the Jwacheon-dong, Busan City)

  • 정상용;강동환;김병우
    • 지질공학
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    • 제16권3호
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    • pp.245-254
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    • 2006
  • 부산시 좌천동의 단열암반층에서 자연구배 추적자시험으로 브롬이온농도를 관측하여 심도별 단열발달 상태에 따른 수리분산특성을 비교하였으며, 단열암반층의 유효공극율과 종분산지수를 추정하였다. 수직적인 수리분산특성의 차이는 브롬이온의 농도이력곡선, 관측심도별 브롬이온농도와 시간에 대한 선형회귀분석 및 관측지점별 수리단열특성을 이용하여 규명되었다. 관측공 내 지표면하 18 m(RQD 13%, 평균절리간격 2 cm, TCR 100%) 지점이 주입지점에서의 이격거리가 짧고 단열이 더욱 발달되어 있었기 때문에 25 m(RQD 41%, 평균절리간격 7 cm, TCR 100%) 지점보다 추적자가 빨리 도달하였으며, 초기농도와 최고농도가 더 높게 나타났다. 최고농도도달 전후의 농도변화에 의하면 추적자가 최고농도도달시까지는 주로 1차 단열을 통해 이송되었고, 최고농도도달 이후에는 2차 단열을 통해 이송되거나 기질확산에 의한 수리 분산이 진행되었다. 선형회귀분석에 의한 지표면하 18 m 지점에서 브롬이온농도의 증가/감소 기울기는 3.46/-1.57이며 지표면하 25 m 지점에서는 3.19/-0.47로서 파쇄가 더 심한 지표면하 18 m 지점에서의 용질이송이 빠르게 진행됨을 알 수 있었다. 농도이력곡선에서 브롬이온의 농도증가 형태는 가우시안함수로 나타나고, 농도감소 형태는 기질확산에 의한 꼬리효과(tailing effect)로 인해 지수함수로 나타났다. CATTI 코드를 이용하여 추정한 단열암반층의 유효공극율은 10.5%, 종분산지수는 0.85 m이었다.

TRIGA Mark-III 원자로의 노심특성계산 (Calculation of Nuclear Characteristics of the TRIGA Mark-III Reactor)

  • Chong Chul Yook;Gee Yang Han;Byung Jin Jun;Ji Bok Lee;Chang Kun Lee
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제13권4호
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    • pp.264-276
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    • 1981
  • TRIGA Mark-III 원자로의 핵특성을 실제운전상태와 유사하게 모사할 수 있는 해석절차를 개발하였다. 계산에 사용한 전산코드는 다군중성자확산 연소계산코드인 CITATION이고 채택한 중성자에너지군의 수는 TRIGA형 원자로에서 일반적으로 사용하는 7군(고속영역 3, 열영역 4)이다. 직접적인 3차원 계산이 현실적으로 불가능하므로 평면 2차원계산과 원통형 2차원 계산으로 3차원 효과를 기하였다. 연구로와 같이 노심이 작은 원자로에 대하여는 중성자평형에서 buckling에 의한 효과가 매우 크기 때문에 이를 정확하게 나타내는 방법의 개발에 중점을 두었다. 본 연구에서는 에너지군 또는 영역에 무관한 buckling을 중성자 수송이론으로 산출하는 전형적인 방법을 사용하지 않고 중성자 확산이론으로서 에너지군별, 영역별 buckling을 산출하였으며, 이를 이용하여 수행한 노심계산의 결과는 만족스러웠다. 계산시 노심은 원자로수조의 중앙부에 있는 것으로 하고 제어봉은 완전히 인출되었으며 동위원생산용 조사시료는 없는 것으로 가정하였다. 계산결과로서 연소에 따른 초과반응도가의 변화, 운전이력에 따른 Xe-135 독작용의 변화, 회전조사시료대의 반응도가를 산출하고 이를 실제 운전자료와 비교하였다. 또한 중성자속 및 출력분포, 노심 각 조사시설에서의 중성자 스펙트럼등에 대한 계산결과도 제시하였다.

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산소 압력과 초음파를 이용한 피부투과도 증대에 관한 연구 (Synergistic Effect of Oxygen Pressure and Sonophoresis for Skin Permeability)

  • 차민석;이철규;윤영로;이원수
    • 대한의용생체공학회:의공학회지
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    • 제23권3호
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    • pp.189-196
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    • 2002
  • 피부를 통한 약물 전달 방법은 국소 병변 부에 직접적으로 약물을 전달할 수 있는 장점을 가졌으나 피부의 가장 바깥 층인 각질층의 장벽기능으로 인해 약물 전달 능력에 제한이 있다. 본 연구에서는 산소 압력 방법과 초음파 방법을 결합하는 방법을 시도하여 약물 전달 능력의 향상 정도를 검증해 본다. 흡수 물질로는 수분을 사용하였고 수분의 흡수도를 측정하기 위해 피부 임피던스 방법을 선택하였다. 실험은 총 42명을 대상으로 각각 대조군(13명) 초음파군(13명), 산소 압력군(6명). 초음파와 산소압력 결합군(10명)으로 나누어서 시행하였다. 각 군마다 다른 약물 전달방법을 손등 부위에 적용하여 20분간 피부 임피던스 변화를 측정 한 값을 PC에 저장하였다. 수분을 적용한 대조군의 경우 피부 임피던스의 변화가 거의 일어나지 않고. 초음파를 적용한 군과 산소를 적용한 군은 수분을 적용한 군보다 25-30배정도 높은 수분 홉수를 보였으며. 초음파와 산소 압력을 결합한 방법은 수분을 적용한 군보다 70배정도 높은 수분 흡수를 보였다. 이러한 평균의 타이를 반복 측정된 분산방법(Repeated Measures Analysis of Variance)의 다변량 검증과 다중비교를 통해 변화량간의 차이를 검증하여 유의성을 확인하였다

ULSI급 CMOS 소자 특성 분석을 위한 몬테 카를로 이온 주입 공정 시뮬레이션시의 효율적인 가상 이온 발생법 (Computationally Efficient ion-Splitting Method for Monte Carlo ion Implantation Simulation for the Analysis of ULSI CMOS Characteristics)

  • 손명식;이진구
    • 대한전자공학회논문지SD
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    • 제38권11호
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    • pp.771-780
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    • 2001
  • ULSI급 CMOS 소자를 개발, 제작하고 또한 그것의 전기적 특성을 정확히 분석하기 위해서는 공정 및 소자 시뮬레이터의 사용이 필수적이다. 대면적 몬테 카를로 시뮬레이션 결과가 다차원 소자 시뮬레이터의 입력으로 사용되려면 과도한 입자수의 증가로 비효율성을 띄게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 3차원 몬테 카를로 이온 주입 시뮬레이터인 TRICSI 코드를 이용하여 물리적으로 타당하며 또한 효율적으로 시뮬레이션 입자 수를 증가시켜 대면적 이온 주입시의 3차원 통계 분포의 잡음 영역을 최소화하는 방법을 제안하였다. 후속 공정인 열확산 공정이나 RTA(급속 열처리) 공정의 확산 방정식을 푸는 경우 발산을 막기 위해 몬테 카를로 시뮬레이션 결과의 통계 분포에 대한 후처리 과정으로 3차원 셀을 이용한 보간 알고리듬을 적용하였다. 시뮬레이션 수행 결과 가상 궤적 발생법(split-trajectory method)만을 사용한 것에 비해 계산 시간은 2배로 늘이지 않는 범위에서 10배 이상의 이온 입자 생성 분포를 얻을 수 있다.

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해안 환경 하에 있는 콘크리트 구조물의 시간의존적 염화물침투 평가 (Time Dependent Chloride Transport Evaluation of Concrete Structures Exposed to Marine Environment)

  • 송하원;백승우;안기용
    • 콘크리트학회논문집
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    • 제19권5호
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    • pp.585-593
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    • 2007
  • 본 연구에서는 해안 환경에 노출된 콘크리트 구조물의 내구성 평가에 대한 모델을 표면 염소이온농도 $(C_s)$의 시간에 대한 증가와 염소이온 확산계수 (D) 및 임계염소이온농토 $(C_{lim})$를 고려하여 제안하였다. 또한 콘크리트 구조물의 정밀한 내구수명 예측을 위하여 $C_s$와 D의 시간의존성이 고려되었으며, 시간에 따라 변화하는 $C_s$를 고려한 Fick의 제2법칙의 정밀해를 구하였다. $C_s$의 시간의존성에 대해서는, 기존 실험 결과를 바탕으로 시간에 대한 대수 함수 형태의 $C_s$ 모델을 제안하였으며, D의 시간의존성을 고려하기 위하여 구조물의 전체 노출 기간에 대한 시간의 평균값을 적용하였다. 또한 염해 환경 하에 있는 철도 구조물이 100년의 내구 수명을 보장할 수 있도록 하기 위해, 본 논문에서 제안된 모델과 시방서 기준에 근거하여 내구성 설계를 수행하였다. 제안된 모델은 유럽에서 널리 사용되고 있는 성능 중심의 설계 기법에 의해 검증되었으며, 이로부터 기존의 시방서 설계기준은 해안 환경에 노출된 콘크리트 구조물의 내구 성능을 과소 평가하여 매우 보수적인 설계결과를 유발하고 있음을 알 수 있다. $C_s$와 D의 시간의존성을 고려한 본 모델은 기존 시방기준의 이러한 문제점을 개선하여 염해를 받는 콘크리트 구조물의 내구수명을 정확하고 합리적으로 평가할 수 있을 것이다.

서해 제부도 해역의 간조시 갯벌 퇴적층내 지온 및 열수지의 계절변화 (Seasonal Variations of the Heat Flux in Muddy Intertidal Sediments near the Jebu Island during the Ebb Tides in the West Coast of Korea)

  • 나정열;유승협;서장원
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제5권1호
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    • pp.1-9
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    • 2000
  • 한국 서해안 제부도 갯벌에서 낮 동안에 일어난 간조시에 갯벌층의 수직적인 지온을 측정하였다. 갯벌층의 지온측정은 온도계 프로브를 통해 2cm 간격으로 18cm 층까지 계절별로 5회 실시하였다. 갯벌층 지온의 시간적 변화는 주로 대기온도, 측정전의 만조시간과 간조시간에 의해 좌우된다. 갯벌표면(0~2cm)에서의 열수지의 크기는 깊은 퇴적층(8~12cm)보다 크게 나타났으며 시간적인 변화는 반대양상을 보였고 계절적인 변화는 나타나지 않았다. 일반적으로 갯벌표층은 열이득을, 깊은 퇴적층에서는 열전도에 의한 열손실을 보이고 있다. 1차원 확산방정식에 의해 계산된 시간적인 온도 변화를 측정된 지층온도와 비교하였다. 4cm 이하 퇴적층에서 열이동은 주로 분자확산에 의해 나타났다. 낮동안 갯벌층이 대기에 노출되는 간조시의 0~18cm 퇴적층에서 열수지의 평균값은 $4.1{\sim}28.9\;W/m^2$ 범위이다.

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