임계열유속에 대한 임계전류밀도의 상사특성

박해균(Hae-kyun Park) 경희대학교 학술단체협의회 2022 高凰論集 Vol.70 No.-

임계열유속은 원자력발전소의 설계 및 안전과 관련된 매우 중요한 인자이다. 복잡한 수력학적 조건에서의 임계열유속 측정실험은 극한의 실험조건에 의한 실험설비의 파손 시 발생하는 경제적, 시간적 소요에 의해 연구자들로 하여금 많은 어려움을 겪게 한다. 본 연구는 이러한 임계열유속 측정의 난점을 극복하기 위해 열과 물질전달 간의 상사성을 이용한 대체가능 실험방법론을 제시한다. 임계전류밀도는 작업전극에 수소막이 덮이면서 나타나는 전기분해에서의 작동한계이다. 본 연구에서는 임계열유속과 임계전류밀도의 수력학적 유사성을 기반으로, 임계열유속에 대한 임계전류밀도의 상사특성을 탐구한다. 비등계에서의 기화현상을 모사하기 위해 묽은황산전기분해계를 사용하여 전기화학적으로 수소를 발생시키는 실험을 수행하였다. 예비실험으로써, 수소환원계의 핵생성특성을 측정하고 이를 비등계와 비교하였다. 비등계에서와 유사하게, 전류밀도가 증가하면 수소환원계의 활성핵생성밀도(Active nucleation site density)가 증가하였다. 반면, 비등계에서와는 반대로 수소기포의 이탈직경은 전류밀도에 따라 감소하였다. 결과적으로, 수소기포의 주기는 전류밀도에 따라 증가하였다. 임계전류밀도의 메커니즘을 밝히기 위해 기존 임계열유속 모형을 차용하고 이를 수소환원계에 활용가능한 형태로 수정하였다. 기존 비등계의 Dry spot 모형과 유사한 개념으로 ‘Insulation spot’ 모형을 개발하여 임계전류밀도에서의 수소기포배열을 평가하였다. 임계기포수가 6개인 경우 Insulated spot 모형에 의한 임계전류밀도는 측정된 임계전류밀도보다 7.4% 높은 값을 산출해내며 잘 예측한다. 본 연구에서 최초로 수소환원계에서의 Macrolayer가 확인되었다. 수소기포덩어리의 Hovering time과 Macrolayer의 두께를 활용한 기존 Macrolayer dryout 모형은 임계전류밀도 또한 4.37% 이내로 잘 예측한다. 이러한 결과는 임계열유속에서와 마찬가지로 임계전류밀도 또한 수력학적 거동이 지배적으로 작용함을 의미한다. 그러므로, 수소환원계의 작은 수소기포이탈직경을 고려하면 임계전류밀도는 임계열유속의 축소모형이라고 간주할 수 있겠다. 이러한 상사관계를 여러 기하학적 및 수력학적 조건으로 확장할 수 있다. 질량유량, 표면기울기, 도관의 크기 등에 대한 임계전류밀도의 영향은 임계열유속에서의 영향과 유사하게 나타남을 확인하였다. 본 연구에서 밝혀진 상사특성을 통해, 열과 물질전달 간의 상사성을 이상유동 현상의 범위로 확장함으로써 더욱 진보된 상사성을 확립할 수 있다. The critical heat flux (CHF) is one of the important design and safety parameters in the nuclear power plant. The measurements of the CHF for complex hydrodynamic conditions are difficult due to the extreme experimental conditions, which cause the failure of the test facility, resulting in financial and time demanding problems. The present study proposes a possible alternative experimental method to overcome the difficulty of the CHF experiment by extending the analogy relation between heat and mass transfers. The critical current density (CCD) is an operation limit in the water electrolysis when hydrogen film is formed on the working electrode. Based on the hydrodynamic similarities between the CHF and the CCD, analogous characteristics of the CCD with the CHF are explored. Dilute sulfuric acid electrolysis was employed to produce hydrogen gas, which simulates vaporization in the boiling system. As the preliminary investigation, the nucleation characteristics of the hydrogen evolving system are measured and compared with the boiling system. The active nucleation site density in the hydrogen evolving system increased with current density increased, similar to the boiling system. The hydrogen departure diameter decreased with the increased current density as opposed to the boiling system. Accordingly, the hydrogen bubble frequency increased as the current density increased. The existing CHF models are borrowed and customized to envisage the CCD mechanism. The hydrogen bubble configuration at the CCD is estimated by the ‘insulated spot model’, which is developed in a similar manner to the dry spot model in the boiling system. The CCD is predicted well when the critical number of bubbles is six, which yields 7.4% higher value than the measured one. The presence of the macrolayer in the hydrogen evolving system is firstly revealed in this study. The macrolayer dryout model also predicts the CCD within 4.37% by utilizing the thickness of macrolayer and hovering time of hydrogen mass. The results imply that the CCD is dominated by the hydrodynamic behaviors just like the CHF. Hence, the CCD can be regarded as a miniature CHF considering small bubble diameter of the hydrogen evolving system. The analogous relations are extended by applying to the various geometric and hydrodynamic conditions. It is confirmed that the influences of mass flux, surface inclination, channel gap size, etc on the CCD are similar to those on the CHF. The analogous characteristics proven in this study shed light on the improved analogy between heat and mass transfers by extending the scope to include the two-phase flow phenomenon.

BaSnO$_{3}$를 첨가한 GdBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-x}$ 박막의 두께에 따른 임계전류밀도와 BaSnO$_{3}$ 결정 성장의 상관관계

전현규,강병원 한국물리학회 2016 New Physics: Sae Mulli Vol.66 No.6

We investigated the thickness dependence of the critical current density of 4 wt.% BaSnO$_{3}$ (BSO)-added GdBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-x}$ (GdBCO) thin films. BSO-added GdBCO films with thicknesses ranging from 0.2 $\mu$m to 1.0 $\mu$m were deposited by using a pulsed laser deposition (PLD) technique. The surface and the cross-sectioned morphologies, the crystal structures and the critical current densities of each film were analyzed. In most superconducting films, the critical current density decreased with increasing thickness of the films. On the contrary, the critical current densities of the BSO-added GdBCO films increased with increasing thickness up to 0.8 $\mu$m and then decreased. The growth of crystalline BSO inside the superconducting matrix also showed the same behavior with thickness, suggesting a close correlation between the growth of crystalline BSO and the thickness dependence of the critical current density of GdBCO. Based on the analysis, we discussed an optimal thickness for the BSO-added GdBCO superconducting film. BaSnO$_{3}$ (BSO)를 4 wt.% 첨가시킨 GdBa$_{2}$Cu$_{3}$O$_{7-x}$ (GdBCO) 초전도 박막의 두께변화에 따른 임계전류밀도를 연구하였다. Pulsed laser deposition (PLD) system을 이용하여 0.2 $\mu$m 부터 1.0 $\mu$m까지 두께를 변화시킨 초전도 박막을 증착하고 표면 및 단면 구조, 결정 구조, 그리고 임계전류밀도를 각각 분석하였다. 두께가 증가할수록 임계전류밀도가 감소하는 보통의 경향과는 달리 BSO를 첨가시킨 GdBCO 박막의 임계전류밀도는 두께가 증가함에 따라 0.8 $\mu$m까지 증가하다가 그 이상의 두께에서 감소하는 경향을 보였는데 BSO 결정 성장도 두께에 따라 같은 경향을 보였다. 이는 BSO 결정 성장이 임계전류밀도의 두께 의존성에 깊은 상관관계가 있음을 나타낸다. 두께에 따른 BSO의 성장과 임계전류밀도 변화를 통해 BSO가 첨가된 GdBCO 초전도 박막의 적정 두께에 대해 논의하였다.

토양 표층 이미지 기반 밀도 예측을 위한 디지털 이미지의 적정 특징 추출 기법

김동근 ( Donggeun Kim ),김태진 ( Taejin Kim ),전지훈 ( Jihun Jeon ),조상범 ( Sangbeom Jo ),손영환 ( Younghwan Son ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

토양의 디지털 이미지에 나타난 정보를 바탕으로 토양 특성을 예측하는 연구는 현재 기존의 실험적 방법이나 센서를 이용한 방법을 대체하는 방법으로써 다수의 연구가 수행되고 있다. 디지털 이미지는 색상정보를 가지고 있는 픽셀의 집합으로 피사체의 색상이나 형태를 확인가능하다. 토양을 촬영한 디지털 이미지라면 피사체는 토양 입자 및 입자사이의 간극이 해당된다. 이때, 토양 이미지에서 간극은 토립자에 비해 어둡게 나타나기 때문에 토양 이미지의 색상분포를 기반으로 이미지에서 토립자 부분과 간극의 구분이 가능하다. 간극비는 토양의 밀도와 높은 상관성이 있기 때문에, 토양 이미지에서 간극부분의 면적을 정확히 추출 가능하다면 토양 밀도의 예측에 큰 도움이 될 수 있다. 간극부분의 추출은 디지털 이미지 프로세싱 기법 중 이미지 내의 물체와 배경을 구분하여 0 또는 1의 두 값으로 픽셀의 색상값을 재설정하는 이미지 이진화(image binarization) 기법을 통해 가능하다. 이때, 이미지 내의 물체와 배경을 구분하는 색상값을 임계값(threshold value)이라 하며, 이미지 이진화 기법은 이 임계값을 어떻게 설정하는지에 대한 알고리즘이다. 임계값의 설정 방법에 따라 이미지 내에서 간극의 면적이 다르게 나타나기 때문에 토양 이미지를 이용한 간극의 분석을 위해서는 적절한 임계값을 설정하는 것이 매우 중요하다. 그러나, 대다수의 연구에서는 특정 토양 이미지의 분석을 위해 임의의 임계값을 기준으로 간극을 구분하고 분석하고 있어 적절한 기준을 찾기가 어려운 실정이다. 이에 따라, 본 연구에서는 이미지 이진화 기법 중 토양 간극 면적 추출에 적합한 기법의 종류를 검토하고, 이를 바탕으로 토양의 밀도 예측을 위한 디지털 이미지 내 적정 특징 추출 기법을 제안하고자 한다. 토양 이미지를 대상으로 이미지 이진화를 위한 임계값 선정 알고리즘 중 global thresholding과 함께 대표적인 automatic thresholding 기법들에 대한 검토를 수행하였다. 본 연구의 결과는 추후 토양 특성 예측을 위한 디지털 이미지 데이터 베이스 구축에 기준이 되는 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

InAs 나노막대를 자속 고정중심으로한 두께가 다른 Nb 박막의 임계전류밀도의 각도 의존성

황태종,김동호 한국물리학회 2019 새물리 Vol.69 No.4

Magnetic flux pinning of Nb thin films using semiconductor InAs nanorods as pinning centers was studied. The InAs nanorods were grown in a vertical orientation by using metalorganic chemical vapor deposition and the Nb thin films were deposited by sputtering. The specimens used for the measurement were a reference Nb thin film with no nanorods and Nb-InAs thin films with different thicknesses and embedded nanorods. The magnetic flux pinning effect of the nanorods at the upper critical field and the critical current density proved to be higher than that of the reference Nb thin film when the magnetic field was applied along the length of the nanorods. The effective flux pinning energies of the two Nb-InAs specimens showed similar magnetic field dependences, but were different from those of the Nb thin films. The angular dependence of the critical current densities of the two Nb-InAs specimens showed similar peak shapes in the vicinity of the perpendicular magnetic field direction on the substrate, but showed differences in the widths and the detailed forms of the peaks. This angular dependency was explained as being due to a change in the effective length of the flux lines pinned inside the nanorod. 자속 고정중심으로 반도체 InAs 나노막대 (nanorod)를 사용한 Nb 박막의 자속 고정에 대하여 연구하였다. InAs 나노막대는 유기금속 화학기상 방법으로 실리콘 (111) 기판에 수직배향으로 성장하였고, Nb 박막은 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 시편은 나노막대가 없는 기준 Nb 박막과 나노막대를 먼저성장시키고 Nb 박막의 두께를 달리한 Nb-InAs 박막으로 준비하였다. 나노막대의 자속 고정 효과는나노막대 길이 방향으로 자기장을 인가하였을 때 기준 Nb 박막보다 Nb-InAs 박막의 상부임계자기장과임계전류밀도의 증가로 나타났다. 두 Nb-InAs 시편의 유효 자속 고정에너지의 자기장 의존성은 동일한양상을 보였고, Nb 기준 박막과는 차이를 나타냈다. 두 Nb-InAs 시편의 임계전류밀도의 각도 의존성은기판에 수직 자기장 방향의 부근에서 봉우리 형태의 경향성을 보였으나, 봉우리의 폭과 세부 형태에서차이를 나타내었다. 나노막대 내부에 고정된 자속선의 유효길이의 변화로 수직 자기장 부근에서 나타나는임계전류밀도의 각도 의존성을 설명하였다.

밀도요동의 초임계 에너지 절약공정에 의한 밤나무 추출물의 화장품 효능평가

신문삼 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0

열역학적인 모델에 의한 밀도요동의 초임계 에너지 절약공정에 의한 밤나무 추출물의 화장품 효능평가에 관한 것으로 항산화효과, 미백효과, 주름개선효과, 항균 효과를 측정하였다. 초임계 에너지 절약공정을 천연물을 대상으로 초임계 영역에서 유효성분을 추출하고 나서 상압에서 회수하지 않고 분자클러스터링이 가장 큰 임계점부근에서 회수함으로서 에너지 절약공정에 의해 유효성분을 회수할 수 있다. 초임계 에너지 절약공정에 의한 밤나무 추출물을 대상으로, 항산화효과로 폴리페놀 함량, DPPH, SOD 효과를 평가하였으며, 미백효과를 위해 Tyrosinase 활성 억제효과를 시험하였고, 주름개선 효과를 위해 Catalase 활성 억제효과를 시험하였다. 항균효과를 위해 여드름 균인 P.acnes, 황색포도상 구균인 S.aureus, 통성 혐기성 간균인 B.cillus, 대장균인 E.coli를 대상으로 시험한 결과, 상대적으로 좋은 항산화효과, 미백효과, 주름개선 효과를 확인하였고 특히 항균효과가 탁월한 결과를 나타내었다. 이를 통해 초임계 에너지 절약공정에 의한 밤나무 추출물의 화장품 소재로서의 가능성을 확인 할 수 있었다.

용융성장시 서냉시간과 후열처리시간에 따른 임계특성

임성훈,최명호,강형곤,정동철,박종광,한병성 한국전기전자재료학회 1998 전기전자재료학회논문지 Vol.11 No.4

The influence of slow cooling and annealing time in $O_2$in MPEG process on $J_c$ was investigated. From the measurement of $J_c$,SEM and XRD, it was observed that the critical current density was related with the slow cooling time and annealing time in $O_2$. The value of $J_c$ was the highest at slow cooling time of 40 hour. And also, the value of $J_c$ along the annealing time in $O_2$in the case of the slow cooling time of 40 hours was inclined to increase with annealing time. Consequently, it can be suggested that proper slow cooling time and annealing time after slow cooling in MPMG process be important to improve the critical characteristics.

내부확산법으로 제조한 $Nb_3$Sn선재의 미세조직 및 임계전류밀도특성

김상철,오상수,하동우,하홍수,류강식,권해웅 한국전기전자재료학회 1998 전기전자재료학회논문지 Vol.11 No.11

The mutifilamentary $Nb_3$Sn wire containing 135 Nb filaments was manufactured by the internal tin method. The critical current density ($J_C$) in magnetic fields for the wires heat-treated at $660^{/circ}C$ and $700^{/circ}C$ were investigated. The Non-Cu $J_C$ and n-value of 0.82 mm$\phi$ $Nb_3$Sn wire heat-treated at $700^{/circ}C$ for 240 hours was approximately 450 A/$mm^2$ at 12T, 4.2K and 14, respectively. Also the $B_{C2}$ of $Nb_3$Sn wire extrapolated by Kramer plot was 27.2T. The wire heat-treated at $700^{/circ}C$ for 240 hours showed smaller residual tin concentration in the matrix and the larger area of $Nb_3$Sn layer as comparison with the wire heat-treated at $660^{/circ}C$.

임계상대밀도모델을 이용한 마그네슘 분말 성형 (초)

유지훈,윤승채,김택수,김형섭 대한금속ㆍ재료학회 2009 대한금속재료학회 학술대회 개요집 Vol.2009 No.-

밀도요동 초임계 유체를 이용한 대마종자유 추출물의 화장품 효능 연구

이광원,박수인,박신성,신문삼 한국공업화학회 2021 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2021 No.0

열간압연 온도와 NbTi 초전도 선재의 임계전류밀도 상관 관계 분석 연구

김희락(H. R. Kim),오영석(Y. S. Oh),김세종(S. J. Kim),이호원(H. W. Lee),김지훈(J. H. Kim),강성훈(S. H. Kang) 한국소성가공학회 2019 한국소성가공학회 학술대회 논문집 Vol.2019 No.5