A Study on the Preliminary Design and Performance Analysis of Radial Outflow Turbines for a Supercritical Carbon Dioxide Power Cycle and an Organic Rankine Cycle

김준성 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2020 국내박사

최근 지구온난화 및 환경오염에 대한 경각심이 더욱 커지며, 점진적으로 환경규제를 강화하고 있다. 또한, 환경문제의 원인이 되는 고전적인 발전 시스템을 대체할 수 있는 방안에 대하여 전 세계적으로 주목하고 있다. 초임계 이산화탄소 발전 사이클과 유기 랭킨 사이클은 이러한 세계적인 경향에 적합한 친환경 발전 사이클이다. 한편, 터빈은 발전 사이클의 효율에 있어 지대한 영향을 미치는 요소이다. 근래 이러한 발전 사이클의 터빈으로 외향 반경류 터빈에 대한 관심이 커지고 있다. 외향 반경류 터빈은 설계와 제작에 있어 축류 터빈보다 용이하고, 고출력이 요구되는 설계조건에 있어 내향 반경류 터빈보다 유리하다. 외향 반경류 터빈이 지닌 다양한 장점으로 인하여, 일부 연구기관에서는 친환경 발전 사이클용 외향 반경류 터빈의 설계기법에 관한 연구를 수행하고 있다. 그러나 기존의 연구에서는 터빈의 예비설계단계에서 목표 효율이 불분명하다. 설계된 터빈의 효율이 열역학적 사이클에서 고려된 터빈의 효율과 상이할 시, 사이클은 설계된 터빈의 효율을 고려하여 재설계되어야 한다. 그러므로 터빈의 예비설계단계에서 목표효율을 분명히 하고, 설계된 터빈은 목표효율을 충족할 필요가 있다. 본 연구에서는 독창적인 알고리즘을 이용하여 외향 반경류 터빈의 예비설계 프로그램을 개발하였으며, 대표적인 특징은 다음과 같다. 우선, 목표효율을 프로그램의 입력변수로 사용함으로써 열역학적 사이클에서 요구하는 효율에 근접하도록 터빈을 설계할 수 있다. 또한, 터빈의 주요형상을 결정하고, 효율에 큰 영향을 미치는 노즐 출구의 상태량을 정확하게 예측하기 위하여 압력손실모델을 이용하였다. 그리고 효율적이고 용이하게 터빈을 설계하도록 알고리즘을 구성하였다. 마지막으로 오직 하나의 변수에 대하여 반복계산을 수행함으로써 빠른 시간 내 터빈의 설계가 가능하다. 개발한 예비설계 프로그램을 활용하여 초임계 이산화탄소 발전 사이클과 유기 랭킨 사이클용 외향 반경류 터빈의 설계를 수행하였다. 예비설계 프로그램에서 제시한 터빈의 초기형상은 설계조건을 다소 만족하지 못하였으나, 깃의 편향각이 터빈의 성능에 있어 지대하게 영향을 미치는 중요변수임을 밝혔다. 본 연구에서는 터빈의 초기 형상에 대하여 체계적이고 용이한 최적화 기법을 제시하였다. 예비설계 프로그램에서 제시한 터빈의 초기형상은 최적화 기법을 통하여 각 사이클의 설계조건을 만족하는 외향 반경류 터빈을 설계할 수 있었다. 설계된 외향 반경류 터빈은 다양한 작동조건에 따른 탈설계 성능분석이 수행되었다. 그 결과, 각 터빈의 회전수에서 터빈의 입구온도, 질량유량 및 압력비가 상승할수록 터빈의 출력이 증가하는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 설계 회전수에 근접하도록 터빈을 작동하는 것이 터빈의 성능에 유리하다는 결과를 얻었다. 각 사이클의 터빈은 독립변수들의 변화에 따라 출력 및 효율에 있어 대체적으로 유사한 경향을 보였다. 한편, 외향 반경류 터빈은 초임계 이산화탄소보다 유기냉매를 사용할 때 운전조건의 변화에 따라 민감하게 효율이 변화하는 결과를 보였다. 외향 반경류 터빈의 탈설계 성능분석결과를 활용하여 비속도, 부하계수 및 유량계수에 따른 성능곡선을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 성능곡선을 통하여 초임계 이산화탄소 및 R143a용 외향 반경류 터빈은 비속도, 부하계수 및 유량계수에 따라 효율예측이 가능하다. 상기 무차원 변수에 따른 성능곡선에서 고효율 및 저효율 지점을 지정한 뒤, CFD 수치해석결과를 분석하였다. 그 결과, 로터 깃의 압력분포, 정체점의 위치 및 입사각 등이 외향 반경류 터빈의 효율에 영향을 미치는 요소임을 밝혔다. 한편, 외향 반경류 터빈은 작동유체에 따라 성능곡선이 상이할 뿐만 아니라, 고효율을 기대할 수 있는 무차원 변수의 범위가 다르다. 그러나 본 연구에서는 각 터빈의 성능곡선에서 공통적으로 고효율에 해당하는 무차원 변수의 범위를 발견할 수 있었다. 즉, 고효율이 요구되는 외향 반경류 터빈의 최적설계 시에 범용적으로 사용할 수 있는 무차원 변수의 범위를 본 연구에서 제안하였다. 본 연구에서 밝힌 연구결과들은 지속적으로 향상될 외향 반경류 터빈 설계기술의 초석이 될 것으로 기대된다. 추후 외향 반경류 터빈의 예비설계 프로그램 및 성분분석에 대한 연구가 꾸준히 이루어진다면, 본 연구에서 개발한 터빈의 설계기술이 초임계 이산화탄소 발전 사이클과 유기 랭킨 사이클 분야에 점진적으로 자리매김할 수 있을 것으로 기대된다.

인천항 해상교통 항적의 K-means 군집화를 통한 위험도 분석에 관한 연구

김준성 한국해양대학교 대학원 2022 국내석사

해운 물동량이 증가함에 따라 항만 입출항 항로 부근의 선박 통항량 또한 증가하고 있어 해양 사고의 개연성 또한 따라 높아졌다. 이에 항해 안전의 확보를 위해 관련 기술을 개발하고 연구를 진행하고 있지만 해상교통사고는 오히려 조금씩 증가하는 추세이다. 더욱이 현재 대부분의 해상교통사고의 원인은 항해사의 인적 요인에 의한 것으로만 치부되고 있으며 항로 안전성 평가는 항로 환경의 하드웨어 적인 분석이 주를 이루고 있다. 이를 개선하고 항해 위험요인을 미리 발견하여 해상교통사고를 예방하기 위해서는 항로의 상황을 보다 면밀하게 분석하여 개선하는 시스템 적인 접근이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 머신러닝 군집 알고리즘 활용하여 안전하게 입항을 완료한 선박의 선박자동식별시스템(AIS) 항적 데이터를 분석하였다. 대한민국의 수도권 관문 항만인 인천항의 제1항로를 연구 범위로 설정하였고 AIS 데이터 수집장치를 설치한 후 1년간의 인천항 AIS 데이터를 수집하였다. 연구 대상선박에는 200미터 이상의 상선으로 설정하였으며 이중에 제1항로를 이용하지 않는 여객선은 제외하였다. 수집된 AIS데이터는 지리정보시스템(GIS)와 Python 환경에 맞춰 전처리 하였으며 K-means 군집 알고리즘을 활용하여 클러스터링 하였다. 인천항 입항 선박의 AIS 데이터는 군집 알고리즘 K-means 7개의 클러스터로 군집하였을 때 가장 적절하다는 것을 실루엣 점수와 인천항 항로 환경과 비교하여 검증하였다. 이렇게 도출한 각 군집별 위험도(Risk)를 정량화 하여 평가하기 위해 위험요소별 위험 수준을분석하고 전문가 집단 설문을 통하여 가중치를 선정하였다. 가중치는 설문조사 결과에 AHP기법을 이용하여 쌍대비교하여 도출하였으며, 일관성 비율 검증을 통해 신뢰성을 확보하였다. 최종적으로 결과를 합하여 군집별 위험도를 정량화 하였다. 분석 결과 Cluster 2의 ‘변침점 단계’에서 위험도가 가장 높게 도출되었으며 특히 교통 밀집도, 속력의 편차, 침로의 편차 순으로 위험도가 높은 것으로 판단되었다. 다음으로는 Cluster 6 ‘내항 분기 단계’의 위험도가 높게 도출되었는데 교통의 밀집도, 속력의 편차, 과거 해상교통사고의 밀집도 순으로 위험도가 높은 것으로 판단되었다. 다음으로 Cluster 5-3-1-4 순으로 위험도가 높게 도출되었고 Cluster 7 북항 입항은 위험도가 가장 낮은 것으로 판단되었다. 이상 본 연구의 의의는 항해사의 경험과 주요 시설물을 기준으로 구분하던 항해 구역을 선박의 AIS항적 데이터를 기반으로 하여 머신러닝을 통하여 고 항로에 존재할 수 있는 위험성을 세분하여 군집별로 분석하였다는 것에 있다. 또한 군집별 위험도와 위험요인을 정량화 하였고 클러스터 별 위험도 차이와 위험 요인을 도출하였다. 이를 통해 항로 전체를 세분하여 위험 항목을 미리 파악할 수 있다면 이상 항해 선박의 식별 시스템의 개발 및 이 정보를 활용한 해상교통 네트워크 개발에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 집중 관제 구역을 설정하고 구역별 집중 관리해야 할 위험 요인을 설정하여 항해 안전을 위한 대책을 수립할 수 있을 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 자료수집 기간을 늘려서 충분한 표본 수를 확보하여 본 연구의 결과와 비교하고자 한다. 더 나아가 위험요소의 다양한 요소를 추가하여 자연환경(조류, 바람, 시정 등)과 통항로환경(항로폭, 수심, 장애물 등)에 대한 정보를 함께 분석한다면 과거의 항적 데이터를 통해 위험도를 보다 정확하게 예측할 수 있게 되어 해상교통안전도 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

진균성 부비동염의 임상적 고찰

김준성 전남대학교 대학원 2007 국내석사

배경 및 목적 : 종류에 따라 다양한 예후를 갖는 진균성 부비동염은 대부분 진균구로 진단되지만 최근 전체 환자의 수가 증가함에 따라 진균구 이외에도 치명적인 사망률을 갖는 침습성 진균성 부비동염과 재발률이 높은 알레르기성 진균성 부비동염도 증가하고 있다. 최근에는 대부분 내시경 수술을 통해 치료를 하고 있으며 진단과 치료 초기에 진균성 부비동염의 종류를 명확히 하는 것이 성공적인 치료에 도움이 되리라 생각된다. 이에 본 연구에서는 진균성 부비동염으로 진단된 환자의 임상양상을 분석하고 내시경 부비동 수술의 치료 효과를 알아보고자 하였다. 대상 및 방법 : 1996년부터 2006년까지 시행된 1172예의 내시경 부비동 수술 중 조직학적으로 확진된 진균성 부비동염 115예를 진료기록을 참고로 후향적으로 연구하였다 결과 : 남자는 44명, 여자는 71명이었으며, 20세에서 81세까지 연령이 분포하였으며 평균 나이는 56세였다. 60대에서 가장 높은 빈도가 관찰되었다. 일반적으로 초기 증상은 비폐색감(31%)이었으나 종류를 판단할 수 있는 초기 증상은 명확하지 않았다. 수술전 시행한 내시경 검사상 비강내에 진균구를 의심할 수 있는 물질과 괴사물이 35%에서 관찰되었으며 진균구에서 수술전 전산화 단층촬영상 관련된 부비동내 석회화 음영이 42%에서 관찰되었다. 진균구는 103예(90%), 침습성 진균성 부비동염은 12예(10%), 그리고 알레르기성 진균성 부비동염은 관찰되지 않았다. 내시경부비동 수술을 시행 받은 진균구 환자에서 수술 후 6개월 이내 재발한 경우는 없었으며, 침습성 진균성 부비동염 환자에서는 사망률은 36%였다. 결론 : 진균성 부비동염 115예에 대한 고찰은 최근 진균성 부비동염이 증가하고 있으며, 초기 증상은 비특이적 이었으나, 비내시경, 전산화 단층촬영 그리고 자기공명영상을 통해 얻어진 영상이 임상적으로 좋은 진단 도구임을 알 수 있었다. 진균구에서 내시경 부비동 수술은 좋은 치료법임을 알 수 있었으나, 침습성 부비동염은 높은 사망률을 가지므로 적극적인 치료를 해야 한다.

방습용 비정질 카본 박막 제작 및 특성에 따른 유기발광소자의 수명향상에 관한 연구

김준성 경희대학교 대학원 2006 국내석사

KOSPI200주가지수선물 도입이 주식시장에 미치는 영향에 관한 연구

金埈成 國民大學校 大學院 1999 국내석사

한국의 중부지방 소나무림의 지상부, 뿌리 그리고 토양에서의 탄소축적량 평가

김준성 忠南大學校 大學院 2009 국내석사

This study is intended to deepen one's understanding of the carbon circulation in a pine forest which is the most widely planted and nurtured and provide information. To do this, from the afforested land of pines such as Chungchungnamdo Gong-ju, Chungcheongbukdo Yeongdong, Chungsan, Jeollabukdo Muju, Mupung, Jangsu, thirty sample trees in total (five each) were selected, cut down and soil sample was extracted. The details of result are as follows. Average carbon content in each part was like this: a yearly plant leaves were 55.9%, biennial to triennial plant leaves were 56.1%, branches were 57.3%, the bark of a tree was 56.1%, a tree trunk was 57.3% and root was 56.5%. To sum up, the carbon content in each part was similar. To measure up the accumulation of carbon in the central district, equation model, logWt=A+BlogD was used and the total carbon accumulation in the central district pine forests was 42.54tonC/ha and a tree trunk which accounts for more than half of total carbon on the ground and underground was 23.63tonC/ha and it accounted for 55.5% of total carbon accumulation. In case of the carbon accumulation in the bark of a tree, branch, leaves and roots, they were 6.2%, 14.4%, 4.0%, 19.9% each. Pure carbon accumulation was 6.54tonC/ha/yr and pure carbon accumulation of the bark of a tree which accounts for more than a half of pure fixed carbon on the ground and underground was 3.12tonC/ha and it accounted for 47.8% of total carbon accumulation. In case of pure carbon accumulation in the bark of a tree, branch, leaves and roots, they were 5.3%, 15%, 14.5%, 17.4% each. Based on the analysis of the carbon accumulation of soils in six areas, average carbon accumulation was 43.51tonC/ha in 0-50cm depth and the carbon accumulation in depth was the most in 0-10cm depth in whole six areas and the deeper of the soil, the lesser of the cabon.

索狀物 표면에 남겨진 LCN(Low Copy Number) DNA 분석에 관한 연구

김준성 忠南大學校 平和安保大學院 2015 국내석사

북한의 ‘군자리정신’ 연구

김준성 경남대학교 북한대학원대학교 2025 국내석사

본 연구는 북한의 ‘군자리정신’의 함의와 기원, 형성, 특성 분석을 목적으로 한다. ‘군자리정신’은 2000년대 이후 북한이 중요하게 강조해 온 ‘시대정신’이다. ‘군자리정신’은 6·25전쟁 시기 군자리 ‘65호공장’ 노동자들이 병기생산에서 발휘한 투쟁 정신이다. 북한은 ‘군자리정신’의 본질을 “수령결사옹위정신, 조국수호정신, 자력갱생·간고분투의 정신, 결사관철의 정신”이라고 주장한다. 김정일은 2000년 12월 24일 ‘군자리정신’을 되살리고 이를 바탕으로 모든 사업을 조직 전개할 것을 지시했다. 이후 북한은 ‘군자리정신’을 “시대정신”, “선군 조선의 영원한 정신적 재보”로 정의하고 ‘선군정치’와 국방력 강화의 핵심 담론으로 강조해왔다. 김정은 집권기 북한은 ‘군자리정신’을 “당과 혁명에 대한 최대의 충정심의 표현”, “가장 고결한 조국애”로 수식하고 ‘군자리혁명정신’으로 격상했다. ‘군자리정신’은 특히 북한이 김정은 집권 10년의 최대 업적이라고 주장하는 ‘핵 무력 완성’을 위한 국방 분야 핵심 담론, 실천 담론으로 작동했다. 북한은 군수공업 분야 대중운동인 ‘군자리노동계급칭호쟁취운동’을 진행해 왔고 ‘군자리노동계급훈장’도 별도로 제정했다. 군자리 ‘65호공장’에서 확대, 발전해 온 북한의 독자 군수공업은 주체사상과 국방에서의 자위 사상, 4대 군사노선, 대남, 외교·안보 정책의 실천에도 지대한 영향력을 미쳤다. 본 연구를 통해 ‘군자리정신’은 북한의 체제 수호와 내부 결속, 국방력 강화를 위한 정치 담론임을 확인할 수 있었다. 구체적으로 ‘군자리정신’은 ‘주체’와 ‘선군’의 하위 담론·실천 담론으로써 김일성, 김정일, 김정은 3대에 걸쳐 기원, 발현, 부각되고 계승, 변용된 충성 강압, 체제 정당화와 수호의 정치 담론, 위기극복 및 전환기 담론, 대중동원 담론이다. 이와 함께 ‘군자리정신’은 6·25전쟁과 1950년대를 대표하는 역사적 담론, 군자리 ‘65호공장’ 노동자들의 전시생산 투쟁을 핵심으로 한 기억 담론, 내러티브 담론이다. ‘군자리정신’은 향후 김정은 정권의 독자 통치 담론인 ‘우리국가제일주의’의 핵심인 ‘자존’, ‘번영’을 사상·정신적, 군사적으로 뒷받침하는 하위 담론, 실천 전략으로 지속성을 보일 것으로 전망된다. This study aims to analyze the implications, origins, formation, and characteristics of North Korea’s ‘Spirit of Gunjari.’ The ‘Spirit of Gunjari’ is a “spirit of the era” that North Korea has emphasized significantly since the 2000s. The ‘Spirit of Gunjari’ refers to the fighting spirit displayed by workers at the “Factory No. 65” in Gunjari during the Korean War in the production of weapons. North Korea asserts that the essence of the ‘Spirit of Gunjari’ lies in the “spirit of defending the leader with utmost loyalty, the spirit of defending the homeland, the spirit of self-reliance and arduous struggle, and the spirit of unwavering implementation.” On December 24, 2000, Kim Jong-Il directed the revival of the ‘Spirit of Gunjari’ and instructed that it be used as the foundation for organizing and advancing all initiatives. Since then, North Korea has defined the ‘Spirit of Gunjari’ as the “spirit of the era” and “the eternal spiritual treasure of Songun Korea,” emphasizing it as a core discourse in Songun politics and the strengthening of national defense capabilities. During Kim Jong-Un’s leadership, North Korea has described the ‘Spirit of Gunjari’ as “the ultimate expression of loyalty to the Party and the revolution” and “the most noble form of patriotism,” further elevating it to the status of the ‘Revolutionary Spirit of Gunjari,’ In particular, the ‘Spirit of Gunjari’ has served as a key ideological and practical narrative in the defense sector, underpinning what North Korea claims as Kim Jong-Un’s greatest achievement during his decade in power: the “completion of nuclear capabilities.” North Korea has conducted mass movements in the military-industrial sector, such as the “Gunjari Working-Class Title Achievement Movement,” and established the “Gunjari Working-Class Medal” to honor achievements. North Korea’s independent military industry, which expanded and developed from Gunjari’s “Factory No. 65,” has profoundly influenced the practical application of the Juche ideology, the self-reliant defense doctrine, the “Four Military Guidelines,” and policies related to inter-Korean relations, diplomacy, and national security. This study confirms that the ‘Spirit of Gunjari’ serves as a political discourse aimed at preserving the North Korean regime, fostering internal cohesion, and strengthening national defense. Specifically, the ‘Spirit of Gunjari’ is a subordinate and practical discourse under ‘Juche’ and ‘Songun,’ originating, manifesting, and evolving across the three generations of Kim Il-sung, Kim Jong-il, and Kim Jong-un. It operates as a political narrative of forced loyalty, regime justification and preservation, crisis management, transitional transformation, and mass mobilization. Additionally, the ‘Spirit of Gunjari’ functions as a historical discourse representing the Korean War and the 1950s, a memory-based discourse centered on the wartime production struggles of workers at Gunjari’s “Factory No. 65,” and a narrative discourse. Looking ahead, the ‘Spirit of Gunjari’ is expected to maintain its role as a subordinate discourse and practical strategy supporting Kim Jong-un’s independent governing narrative of “Our State First Policy,” particularly underpinning the ideological, spiritual, and military aspects of “self-respect” and “prosperity,” which form the core of the policy.

열차폐코팅이 適用된 가스터빈 블레이드의 劣化擧動 硏究

김준성 忠南大學校 産業大學院 2010 국내석사

Gas turbines operation for power generation increased rapidly since 1990 due to the high efficiency in combined cycle, relatively low construction cost and low emission. But operation and maintenance cost for gas turbine is high because the expensive superalloy hot gas path parts should be repaired and replaced periodically. This study analyzed the degradation of the gas turbine blades which are coated with MCrAlY as a bond coat and TBC as a top coat. The sample blades had been serviced at the actual gas turbines for power generation. Total 7 sets of blades were analyzed and they have different EOH(equivalent operation hours). First, the coating degradation was analyzed utilizing the portable microscope. Second, the base metal surface condition was analyzed after stripping of coating. Finally, blades were sectioned and the cracking distribution were measured and analyzed utilizing SEM(scanning electron microscope) and optical microscope. And micro hardness test was done on the blade substrate sections to analyze the degradation of substrate microostructure. Coating degradation data didn't clearly show the relationship with the operation hours. But the sample blade of which the suction side cooling holes area is covered with TBC showed 90 % reduction of blade tip oxidation compared to the blade which doesn't have TBC on the suction side cooling hole area. The blades which had 52,000 EOH of operation had cracks at the substrate and the maximum depth was 0.2 mm. Most of the cracks initiated at the boundary layer between TBC and bond coat and propagated down to the bond coat. Once bond coat is cracked, the base metal is exposed to the oxidation condition and undergoes notch effect. Under these nvironment, the crack branched at the inter-diffusion layer and propagated to the substrate. Critical cracks affecting the blade life were analyzed as those on suction side and platform. Micro-hardness value(Hv) at the blade substrate surface dropped 30 to 40 Hv compared to the hardness at the depth of 1.8 mm. The reduction in hardness indicates the degradation of microstructure. This study analyzed the degradation characteristics of the blades which were serviced at the actual machines. So, the result is expected to help the gas turbine operators manage the optimal repair and replacement interval of hot-gas-path parts.

분할기법을 이용한 비결정성 자료의존벡터 알고리즘의 시스톨릭배열 설계

김준성 서강대학교 대학원 1990 국내석사