돈사 내 열환경 데이터를 통한 공기연령 산정

이상연 ( Sangyeon Lee ),이인복 ( Inbok Lee ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

축산업은 농업분야에서 중요한 산업으로 자리매김하고 있으며 축산 시설의 대형화, 현대화 등 다양한 형태로 발전하고 있다. 축산 시설의 현대화 및 대형화와 함께 시설 내부의 균일성, 안정성 문제가 대두되고 있으며 생육환경 조절 실패로 생산성 저하, 각종 질병 등이 발생하고 있다. 이에 따라, 축산 시설 내부의 주요 환경 인자의 종합적 조절 인자로서 환기의 중요성 증가하고 있으며 축산 시설 내부의 균일성, 안정성을 유지하기 위하여 환기량을 정확하게 산정할 필요가 있다. 축산 시설 내부의 환기량을 산정하는 방법으로는 크게 유출입 평가 방법과 유동 추적 방법이 있다. 유출입 평가 방법은 유출입구에서의 압력, 수분, 이산화탄소 등의 물리량을 측정하여 간단한 수치 모델이나 현장 실험을 통하여 산정할 수 있다. 그러나 유출입 평가 방법은 시설 전체의 환기량 만을 고려하기 때문에 국부적인 환기량을 예측할 수 없다. 이에 반해, 유동 추적법은 유동을 추적하여 시설 전체 환기량과 지역적 환기량을 산정할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 유동 추적법은 현장 실험 시 추적 가스를 사용하기 때문에 위험성, 비효율성, 고비용 등의 문제가 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 유동 추적법의 하나인 공기 연령 이론법을 바탕으로 추적 가스가 아닌 열환경 분포를 통하여 돈사 내 환기량을 산정하고자 한다. 본 연구에서는 추적 가스와 열환경 분포의 공기 연령 이론법을 검증하기 위하여 공기 연령 이론법을 통한 환기량 지표인 LMA (Local Mean Age, 국소 평균 연령)를 이용하였다. 먼저 돈사 내에서 현장 실험을 통하여 외부 기상 및 내부 환경 조건, 온도 (열환경 분포), 유속 분포, 이산화탄소 (추적 가스) 농도를 측정하였다. 현장 실험을 통하여 측정한 결과를 바탕으로 추적 가스 농도 감쇠를 통한 LMA와 열환경 분포 감쇠를 통한 LMA의 결과를 비교 분석하였다. 다음으로 전산유체역학 시뮬레이션 검증 모델을 설계하고 현장 실험으로부터 도출한 결과와 검증을 수행하였다. 검증을 위하여 열환경 분포 감쇠를 통한 LMA 결과와 시설 내부의 유동 결과를 이용하였다. 연구 결과 추적가스 농도 감쇠를 통한 LMA와 열환경 분포 감쇠를 통한 LMA 값의 오차는 약 0.9 s (0.6%), RMSE는 5.34 s로 도출되어 매우 유사한 경향을 보였다. 이에 따라, LMA 값을 도출하고자 하는 공간에 대해서 충분한 단열을 확보한다면 온도를 이용한 LMA 값을 도출하는 것도 타당할 것으로 판단되었다. 또한 CFD 모델의 검증 결과 적정 격자크기는 0.1 m, 적정 난류모델은 Standatd k-ω 모델로 선정하였다. 최종적으로 설계된 CFD 모델 결과와 현장실험 결과의 오차는 5.8 s, RMSE는 7.5 s로 매우 작게 도출되었다. 따라서, 본 연구에서 설계한 모델은 돈사 내 환기량을 평가하기 위한 모델로서 적합한 것으로 판단된다.

돈사 내 열환경 분포를 이용한 공기 연령 이론법 적용

김락우 ( Rack-woo Kim ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

축산업은 농업분야에서 중요한 산업으로 자리매김하고 있으며 축산 시설의 대형화, 현대화 등 다양한 형태로 발전하고 있다. 축산 시설의 현대화 및 대형화와 함께 시설 내부의 균일성, 안정성문제가 대두되고 있으며 생육환경 조절 실패로 생산성 저하, 각종 질병 등이 발생하고 있다. 이에 따라, 축산 시설 내부의 주요 환경 인자의 종합적 조절 인자로서 환기의 중요성 증가하고 있으며 축산 시설 내부의 균일성, 안정성을 유지하기 위하여 환기량을 정확하게 산정할 필요가 있다. 축산 시설 내부의 환기량을 산정하는 방법으로는 크게 유출입 평가 방법과 유동 추적 방법이 있다. 유출입 평가 방법은 유출입구에서의 압력, 수분, 이산화탄소 등의 물리량을 측정하여 간단한 수치모델이나 현장 실험을 통하여 산정할 수 있다. 그러나 유출입 평가 방법은 시설 전체의 환기량 만을 고려하기 때문에 국부적인 환기량을 예측할 수 없다. 이에 반해, 유동 추적법은 유동을 추적하여 시설 전체 환기량과 지역적 환기량을 산정할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 유동 추적법은현장 실험 시 추적 가스를 사용하기 때문에 위험성, 비효율성, 고비용 등의 문제가 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 유동 추적법의 하나인 공기 연령 이론법을 바탕으로 추적 가스가 아닌 열환경분포를 통하여 돈사 내 환기량을 산정하고자 한다. 본 연구에서는 추적 가스와 열환경 분포의 공기 연령 이론법을 검증하기 위하여 공기 연령 이론법을 통한 환기량 지표인 LMA (Local Mean Age, 국소 평균 연령)를 이용하였다. 먼저 돈사내에서 현장 실험을 통하여 외부 기상 및 내부 환경 조건, 온도 (열환경 분포), 유속 분포, 이산화탄소 (추적 가스) 농도를 측정하였다. 현장 실험을 통하여 측정한 결과를 바탕으로 추적 가스 농도 감쇠를 통한 LMA와 열환경 분포 감쇠를 통한 LMA의 결과를 비교 분석하였다. 다음으로 전산유체역학 시뮬레이션 검증 모델을 설계하고 현장 실험으로부터 도출한 결과와 검증을 수행하였다. 검증을 위하여 열환경 분포 감쇠를 통한 LMA 결과와 시설 내부의 유동 결과를 이용하였다.

추적가스법을 적용한 국내 석회석 광산의 환기성능 평가 연구

김영수(Young-su Kim),노장훈(Jang-hoon Roh),김진(Jin Kim) 한국암반공학회 2016 터널과지하공간 Vol.26 No.4

현재 국내에서 가행 중인 석회석 광산은 자연환기력을 주된 환기방법으로 사용하고 있고, 대단면 굴착으로 매우 저속의 공기유동현상이 나타나고 있다. 이로 인하여 작업구간의 공기질이 매우 저하되어 있는 실정이다. 이러한 문제점들을 개선하기 위해서는 먼저 환기성능을 면밀하게 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 이러한 환기성능평가를 위해서 추적가스법을 적용하여 평가를 실시하였다. 연구 결과, 추적가스법을 통해 매우 저속의 공기유동, 공기재순환현상, 작업장 공기교환율 등을 정량적으로 평가함에 따라서 연구광산의 환기문제점들을 정밀하게 확인할 수 있었다. 이러한 추적가스법을 활용한 환기성능 평가방법은 광산의 작업환경 개선을 위하여 매우 정밀한 도구로 사용될 수 있음을 확인하였다. Natural ventilation is employed in limestone mines that have been currently operated in Korea, and there has been a growing issue of a significantly weak airflow caused by the large-scale excavation. Thus, the air quality in the working area is considerably poor. In order to improve this circumstance, it is mainly required to examine ventilation performance. In this study, the examination of ventilation efficiency was conducted by using tracer gas method. The result of this work indicated detailedly the ventilation problems in research mine, in that extremely low air velocity, recirculation, and air change rate were evaluated quantitatively using tracer gas. Therefore the ventilation performance evaluation using tracer gas can be opted as a precise method to improve the working area in mines.

3차원 지표하 시스템에서 Lagrangian-Eulerian 유한요소법에 대한 입자추적 알고리즘

이재영 ( Jae Young Lee ),강미아 ( Mee A Kang ) 대한지질공학회 2009 지질공학 Vol.19 No.2

지표하 다공성매체에서 비정상상태의 유동을 해석하기 위한 종래의 수치적 모형들은 초기 건조한 토양으로의 강우로 인한 침투와 같은 한계적인 유입경계조건인 경우에 국지적 유동영역으로 인해 수치적 진동 및 불안정성을 초래한다. 이러한 경우 주로 공간적으로 세분된 격자와 작은 계산시간 간격을 요구하는데 이는 계산의 효율성을 떨어뜨린다. 따라서 본 연구에서는 유입 경계조건을 포함하는 비정상 상태의 지표하 유동해석을 위해 입자추적 알고리즘을 적용하여 불연속영역에서의 수치적 불안정성을 제거하고자 하였다. 즉, 수치적 안정성이 개선된 혼합 LE 유한요소기법을 제시하였다. 제시된 모형의 수치적 검증을 위해 비정상 균일 유동장과 불균일 유동장의 가상예제에 적용한 결과 해석해와 유사한 결과를 얻을 수 있었고 이를 토대로 함양 및 양수에 대한 3차원 가상유역 모의에 적용되었다. 본 연구에서 제시한 입자추적 알고리즘은 포화 및 불포화 다공성 매체의 유동을 보다 실질적으로 모의할 수 있으며 계산의 정확성 및 안정성에 크게 기여할 것으로 판단되었다. The conventional numerical models to analyze flow in subsurface porous media under the transient state usually generate numerical oscillation and unstability due to local flux domain for critical cases such as infiltration into initially dry soil during rainfall period. In this case, it is required refined mesh and small time step, but it decrease efficiency of computation. In this study, numerical unstability in discontinuity domain is removed by applying particle tracking algorithm to simulate unsteady subsurface flow with inflow boundary condition. Finally the hybrid LE FEM improving numerical stability is proposed. The hypothetical domains with unsteady uniform and nonuniform flow field were used to demonstrated algorithm verification. In comparison with analytic solution, we obtained reasonable results and conducted simulation of hypothetical 3-D recharge/pumping area. The proposed algorithm can simulate saturated/unsaturated porous media with more practical problems and will greatly contribute to accuracy and stability of numerical computation.

입자추적법에 의한 축대칭 급확대부의 입자확산현상 수치해석

박운영(Ounyoung Park),양희성(Hee Sung Yang),임충식(Chung Sik Yim) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

알루미늄과 같은 금속분말을 연료로 사용하는 추진체의 연료공급장치에 있어, 원통형 공급관 내부를 이동하는 분말이 연소기로 진입하면서 발생되는 분말의 급확대부 영역에서의 확산현상을 해석하기 위해 컴퓨터 소프트웨어를 개발하였다. 플러그 유동형태의 입자집단운동을 기술하기 위해서 일종의 Lagrangian기법이며 난류속도변동 조건을 만족하는 개별입자추적법을 도입하였다. 여기에 재순환 영역에서 유체의 방향전환을 증진시키기 위해 기하학적 유동 구조에 입각한 반경방향 속도성분을 추가시켰다. 속도 추가성분의 유무에 따른 급확대부 재부착점 부근에서의 입자 속도분포 수치해석 결과를 기존의 실험결과와 비교하였다. Software has been developed for simulating particle dispersion in a circular pipe with sudden-expansion, which models the fuel feeding system of a combustor that uses metal powder like aluminum as fuel. The Lagrangian based discrete tracer point method was employed for a plug flow of particles that satisfies local turbulent velocity fluctuations. A radial velocity component was created to improve the flow turning outwards in the recirculation zone. The particle distribution patterns from both with and without the component were directly compared with the experiments near the reattachment.

분리판이 부착된 사각형실린더 주위의 유동계산

박외철(Woe-Chul Park) 한국해양공학회 1993 韓國海洋工學會誌 Vol.7 No.2

Incompressible, unsteady flow around various single rectangular cylinders of side ratios ranging from 0.005 to 2.0 immersed in uniform flow is computed by the vortex tracing method. Results with and without a splitter plate attached to the rear center of the cylinder are compared. The objective of this study is to investigate predictability of the effects of the splitter plate on drag by the method. Without the splitter plate, computed drag coefficients for cylinders of large side ratios are in good agreement with measured values, but are over-predicted for those of small side ratios. With the splitter plate, drag coefficient is reduced significantly due to suppression of vortex growing near the base and interaction between the separated shear layers.

PTV 기법을 이용한 가솔린 기관의 실린더 내부 유동장 해석

정구섭,전충환,장영준 한국기계기술학회 2000 한국기계기술학회지 Vol.2 No.2

단일 프레임 입자 추적법을 이용한 흡입 2밸브 가솔린 기관의 실린더 내 정상 유동 해석

이창식,이기형,임경수,전문수,Lee, Chang-Sik,Lee, Gi-Hyeong,Im, Gyeong-Su,Jeon, Mun-Su 대한기계학회 1997 大韓機械學會論文集B Vol.21 No.5

Analysis and control of intake charge motion such as swirl and tumble are very important factors in improving the gasoline engine performance. In this paper, single-frame PTV (particle tracking velocimetry) is used to investigate intake tumble patterns in a steady flow test rig of gasoline engine with dual-intake-valve and pent-roof combustion chamber. Intake tumble pattern is quantified in accordance with blockage ratio of TIV (tumble intensifying valve) with single- frame PTv.The view of the instantaneous 2-D velocity field gives a realistic understanding of in-cylinder flow field. Thus it is confirmed that PTV is a effective tool in engine design. In conventional port, two tumble structures appear clearly, and the larger one is observed under the exhaust valve side and the smaller is right below the intake valve side. The larger vorticity is observed in TIV port, thus it is concluded that TIV have an effect on intensified tumble motion in cylinder flow.

입자 추적법을 이용한 4 밸브 가솔린 기관의 실린더 내 텀블 유동 특성

이창식,전문수,정성환,Lee, Chang-sik,Chon, Mun-soo,Chung, Sung-hwan 대한기계학회 1999 大韓機械學會論文集B Vol.23 No.9

The in-cylinder flow field of gasoline engine comprises unsteady compressible turbulent flows caused by the intake port, combustion chamber geometry and the change of the spatial shape. Thus the quantitative analysis of the in-cylinder bulk flow plays an important role in the improvement of engine performances and the reduction of exhaust emission. The influences of tumble intensifying valve (TIV) and swirl intensifying valve (SIV), and various intake-flow conditions are compared with the tumble ratio obtained by the measured results of the in-cylinder gas flow. In order to obtain the quantitative analysis of the in-cylinder gas flows of gasoline engine this investigation applied the particle tracking method to the analysis of gas flow characteristics. Various intake conditions such as tumble and swirl intensifying valve, the deactivated condition of one valve among two intake valves, and the other factors of gas flow are considered.

유체 유동을 동반한 다핵 수치상결정의 미세구조성장에 대한 수치해석적 연구

윤익로(Ikroh Yoon),신승원(Seungwon Shin) 대한기계학회 2009 大韓機械學會論文集B Vol.33 No.7

Most material of engineering interest undergoes solidification process from liquid state. Identifying the underlying mechanism during solidification process is essential to determine the microstructure of material thus the physical properties of final product. In this paper, effect of fluid convection on the dendrite solidification morphology is studied using Level Contour Reconstruction Method. Sharp interface technique is used to implement correct boundary condition for moving solid interface. The results showed good agreement with exact boundary integral solution and compared well with other numerical techniques. Effects of Peclet number and undercooling on growth of dendrite tip of both single and multiple seeds have been also investigated.