암반공동 열에너지저장소 주변 암반의 열-수리-역학적 연계거동 분석

박정욱,류동우,신중호,박의섭,Park, Jung-Wook,Rutqvist, Jonny,Ryu, Dongwoo,Synn, Joong-Ho,Park, Eui-Seob 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.2

본 연구에서는 TOUGH2-FLAC3D 연계해석기법을 이용하여 암반공동에 고온의 열에너지를 30년간 저장하는 경우 주변 암반에 야기되는 열-수리-역학적 연계거동을 살펴보았다. 열에너지저장에 따른 암반의 거동 특성 및 환경 영향을 예측하고 이에 대한 제어기준을 수립하기 위한 기초 연구로서, 저장소 주변 암반에서 발생하는 열-수리 흐름과 역학적 거동의 상호작용에 대하여 검토하였다. 기본해석으로서 결정질 암반 내 원통형 공동에$350^{\circ}C$의 대용량 열에너지를 저장하는 경우를 모델링하였으며, 열에너지저장소의 단열성능은 고려하지 않았다. 암반 내 열전달의 주요 메카니즘은 암반의 전도에 의한 것으로 판단되며, 암반의 역학적 거동은 수리적 요소보다는 열적 요소에 지배적인 영향을 받는 것으로 나타났다. 암반과 지하수 가열에 따른 유효응력 재분포 양상과 열팽창으로 인한 암반 변위 및 지표 융기를 검토하였으며, 주변 암반에서의 전단파괴 위험도를 정량적인 수치를 통해 제시하였다. 암반 가열에 따른 열팽창으로 인하여 지표면에서 수 cm의 융기가 발생하였으며, 저장공동 상부에 인장응력이 크게 발달하면서 전단파괴의 위험도가 증가하는 것으로 나타났다. The thermal-hydrological-mechanical (T-H-M) behavior of rock mass surrounding a high-temperature cavern thermal energy storage (CTES) operated for a period of 30 years has been investigated by TOUGH2-FLAC3D simulator. As a fundamental study for the development of prediction and control technologies for the environmental change and rock mass behavior associated with CTES, the key concerns were focused on the hydrological-thermal multiphase flow and the consequential mechanical behavior of the surrounding rock mass, where the insulator performance was not taken into account. In the present study, we considered a large-scale cylindrical cavern at shallow depth storing thermal energy of $350^{\circ}C$. The numerical results showed that the dominant heat transfer mechanism was the conduction in rock mass, and the mechanical behavior of rock mass was influenced by thermal factor (heat) more than hydrological factor (pressure). The effective stress redistribution, displacement and surface uplift caused by heating of rock and boiling of ground-water were discussed, and the potential of shear failure was quantitatively examined. Thermal expansion of rock mass led to the ground-surface uplift on the order of a few centimeters and the development of tensile stress above the storage cavern, increasing the potential of shear failure.

암반 공동 열에너지저장소 주변 암반의 수리적 조건에 따른 열-수리-역학적 연계거동 분석

박정욱,이항복,류동우,신중호,박의섭,Park, Jung-Wook,Rutqvist, Jonny,Lee, Hang Bok,Ryu, Dongwoo,Synn, Joong-Ho,Park, Eui-Seob 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.2

본 연구에서는 천부의 암반 공동에 대용량 고온의 열에너지를 저장하는 경우 주변 암반에 야기되는 열-수리-역학적 연계거동을 살펴보고, 이에 지하수위와 암반 투수계수 등 수리적 조건이 미치는 영향을 검토하였다. 해석대상을 투수계수가 비교적 낮은 수준($10^{-17}m^2$)인 결정질 암반으로 가정할 때 열에너지 저장으로 인한 암반 거동에 지하수가 미치는 영향은 크지 않을 것으로 예측되었다. 저장 공동이 지하수위 하부에 위치하는 경우의 온도, 주응력, 변위 분포 등은 저장공동이 불포화대에 위치하는 경우와 거의 동일하게 나타났다. 암반내 열전달 특성은 암반의 투수계수에 매우 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 암반의 투수계수를 $10^{-15}m^2$ 이하로 가정한 경우 열전달은 주로 암반에 전도에 의한 것으로 판단할 수 있었으나, 투수계수를 $10^{-12}m^2$으로 가정하는 경우 지하수 대류에 의한 상향 열유동이 뚜렷이 관찰되었다. 암반 투수계수의 크기에 따라 열수의 대류나 비등으로 인한 상변화 등 복합적인 유동 특성을 나타났으며, 온도, 압력, 포화도 분포가 상이하게 발달하였다. The thermal-hydrological-mechanical (T-H-M) behavior of rock mass surrounding a large-scale high-temperature cavern thermal energy storage (CTES) at a shallow depth has been investigated, and the effects of hydrological conditions such as water table and rock permeability on the behavior have been examined. The liquid saturation of ground water around a storage cavern may have a small impact on the overall heat transfer and mechanical behavior of surrounding rock mass for a relatively low rock permeability of $10^{-17}m^2$. In terms of the distributions of temperature, stress and displacement of the surrounding rock mass, the results expected from the simulation with the cavern below the water table were almost identical to that obtained from the simulation with the cavern in the unsaturated zone. The heat transfer in the rock mass with reasonable permeability ${\leq}10^{-15}m^2$ was dominated by the conduction. In the simulation with rock permeability of $10^{-12}m^2$, however, the convective heat transfer by ground-water was dominant, accompanying the upward heat flow to near-ground surface. The temperature and pressure around a storage cavern showed different distributions according to the rock permeability, as a result of the complex coupled processes such as the heat transfer by multi-phase flow and the evaporation of ground-water.

다양한 형상의 PU 폼 화염에서 열방출률과 선형적 관계를 갖는 독립변수의 검토

박정욱(Jung-Wook Park),한호식(Ho-Sik Han),황철홍(Cheol-Hong Hwang),김정엽(Jung-Yup Kim) 한국화재소방학회 2022 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.추계

열방출률(Heat release rate)은 가연물의 유효 연소열과 단위 시간당 공급되는 연료 질량유량의 곱으로 정의되며, 일반적으로 화재의 정량적 위험성을 나타낼 수 있는 가장 중요한 인자로 알려져 있다. 열방출률은 화재의 확산현상 뿐만 아니라 화학반응과 관련된 다양한 물성에 직접적인 영향을 미치게 된다. 또한 공학적인 화재 위험성 평가를 위해 우선적으로 정확한 정보가 제공되어야 하는 물리량이기 때문에 다양한 가연물들을 대상으로 화재실험을 통해 제시되고 있다. 화재실험을 통해 측정된 가연물의 시간에 따른 열방출률은 외부 환기조건, 벽면과의 거리 그리고 주위 온⋅습도에 의해 변화될 뿐만 아니라, 동일한 재질의 가연물을 대상으로 배열, 크기 그리고 이격거리 등 다양한 인자에 의해서 변화될 수 있다. 즉, 화재실험을 수행하지 않고 열방출률을 예측하기에는 많은 어려움이 있다. 최근 열방출률을 예측하기 위한 선행연구에서는 다양한 가연물을 대상으로 화재실험을 수행하여, 가연물의 표면적 또는 질량과 같은 독립변수와 열방출률의 상관관계를 도출하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 그러나 열방출률과의 상관관계를 도출한 독립변수는 명확한 기준을 찾아보기 어렵고, 주관적인 판단에 결정되는 것이 대부분이다. 이에 본 연구에서는 다양한 형상의 가연물을 이용하여 열방출률과 선형적인 관계를 나타낼 수 있는 독립변수를 도출하기 위한 화재실험이 수행되었다. 가연물은 입체적이고 상대적으로 균질할 수 있는 PU 폼이 선정되었으며, 다양한 형상은 무한한 경우의 수를 갖기 때문에 직육면체의 형상으로 조건이 제한되었다. 이에 따라 PU 폼의 표면적 및 질량이 다른 총 18가지의 실험조건이 고려되었으며, 다양한 독립변수와 열방출률의 상관관계가 검토되었다.

스위스 Mont Terri 지하연구시설 단층 내 유체 주입시험 모델링: 국제공동연구 DECOVALEX-2019 Task B(Step 2)

박정욱(Jung-Wook Park),Yves Guglielmi,Bastian Graupner,Jonny Rutqvist,박의섭(Eui-Seob Park) 한국암반공학회 2019 터널과지하공간 Vol.29 No.3

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 이용하여 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층 내 물 주입시험을 수치적으로 모델링하고, 단층의 재활성과 수리역학적 거동 특성을 살펴보았다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙(Cubic law)을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 현장에서 획득한 단층의 균열개방압력(fracture opening pressure), 주입율, 모니터링 압력, 변위 곡선 등을 바탕으로, 단층의 탄성적 변형과 파괴에 의한 수직팽창 특성을 반영할 수 있는 수리간극모델과 수리역학 커플링 관계를 해석모델에 반영하였다. 한편, 현지응력 조건, 단층의 강도 및 변형 특성에 따른 파라미터 해석을 실시하여 각 입력변수가 해석 결과에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 통해 현장시험 결과를 가장 잘 재현할 수 있는 파라미터 조합을 선정하였다. 해석 결과, 균열개방압력에서 단층의 주입율과 모니터링 압력이 크게 증가하는 현상을 합리적으로 재현할 수 있었다. 하지만, 동일한 입력 변수 조건에서 단층의 전단변위와 파괴영역의 범위는 현장시험 결과에 비해 과대평가되는 결과를 보였다. 이는 해석모델에서는 고압의 주입조건에서 단층의 지속적인 전단파괴가 유도되는 반면, 현장에서는 수리간극의 변화가 전단 미끄러짐보다는 인장력에 의한 단층면의 개방(tensile opening)에 크게 의존하는 것으로 추정되기 때문이다. We simulated the fault reactivation experiment conducted at ‘Main Fault’ intersecting the low permeability clay formations of Mont Terri Underground Research Laboratory in Switzerland using TOUGH-FLAC simulator. The fluid flow along a fault was modelled with solid elements and governed by Darcy"s law with the cubic law in TOUGH2, whereas the mechanical behavior of a single fault was represented by creating interface elements between two separating rock blocks in FLAC3D. We formulate the hydro-mechanical coupling relation of hydraulic aperture to consider the elastic fracture opening and failure-induced dilation for reproducing the abrupt changes in injection flow rate and monitoring pressure at fracture opening pressure. A parametric study was conducted to examine the effects of in-situ stress condition and fault deformation and strength parameters and to find the optimal parameter set to reproduce the field observations. In the best matching simulation, the fracture opening pressure and variations of injection flow rate and monitoring pressure showed good agreement with field experiment results, which suggests the capability of the numerical model to reasonably capture the fracture opening and propagation process. The model overestimated the fault displacement in shear direction and the range of reactivated zone, which was attributed to the progressive shear failures along the fault at high injection pressure. In the field experiment results, however, fracture tensile opening seems the dominant mechanism affecting the hydraulic aperture increase.

옥수수단백/카라기난 적층필름의 다진 고등어육의 포장특성

박정욱(Jeong Wook Park),박현진(Hyun Jin Park),정순택(Soon Teck Jung),임종환(Jong Whan Rhim),박양균(Yang-kyun Park),황금택(Keum Taek Hwang) 한국식품과학회 1998 한국식품과학회지 Vol.30 No.6

원저 : 다운증후군 환자의 마취 관리 - 100 예에 대한 통계적 보고 - ( Original Article : Anesthetic Considerations In Down`s Syndrome - Experience 100 Patients - )

박정욱(Jung Wook Park),신옥영(Ok Young Shin),강화자(Hwa Ja Kang),권무일(Moo Il Kwon),양원용(Won Yong Yang) 경희대학교 경희의료원 1999 慶熙醫學 Vol.15 No.2

암반공동 열에너지저장과 지상식 열에너지저장의 열손실 비교 분석

박정욱(Jung-Wook Park),류동우(Dongwoo Ryu),박도현(Dohyun Park),최병희(Byung-Hee Choi),신중호(Joong-Ho Synn),선우춘(Choon Sunwoo) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.5

본 연구에서는 FLAC3D를 이용해 대용량 고온 열에너지저장소가 암반공동과 지상에 위치하는 경우를 각각 모델링하고 운영기간 5년 동안의 비정상상태해석을 수행하여 저장소 외벽을 통한 열손실을 비교 · 분석하였다. 두 저장모델의 운영 조건 및 입력물성은 모두 동일하나, 암반공동 열에너지저장소는 주변 암반의 전도 열전달에 의해서만 열손실이 발생하고, 지상 저장소는 대기의 대류 열전달에 의해서 열손실이 발생하는 것으로 가정하였다. 열에너지의 반복적인 주입과 토출에 따른 저장온도의 변화를 고려하여 수치해석모델을 작성하였으며, 단열재 두께에 따른 열손실 특성을 함께 검토하였다. 해석 결과, 지상식 저장시설은 운영 기간이 경과하더라도 일정한 열손실률을 보이는 반면 암반공동 저장시설의 열손실률은 운영 초기 단계에서 급격히 감소하여 일정한 값으로 수렴하는 경향을 보였다. 이러한 열손실의 감소는 시간 경과에 따라 주변 암반의 온도가 상승함으로써 저장소외벽에서의 열유속이 감소하기 때문으로 판단할 수 있다. 운영 후 5년 경과 시 암반공동 열에너지저장소의 누적열 손실량은 지상저장소에 비해 약 72.7%로 나타났으며, 암반공동 저장시설의 열손실 특성은 주변 암반의 히팅 효과로 인해 지상식 저장시설에 비해 단열재 두께에 대한 민감도 및 의존도가 상대적으로 낮은 것으로 분석되었다. A large-scale high-temperature thermal energy storage(TES) was numerically modeled and the heat loss through storage tank walls was analyzed using a commercial code, FLAC3D. The operations of rock cavern type and above-ground type thermal energy storages with identical operating condition were simulated for a period of five consecutive years, in which it was assumed that the dominant heat transfer mechanism would be conduction in massive rock for the former and convection in the atmosphere for the latter. The variation of storage temperature resulting from periodic charging and discharging of thermal energy was considered in each simulation, and the effect of insulation thickness on the characteristics of heat loss was also examined. A comparison of the simulation results of different storage models presented that the heat loss rate of above-ground type TES was maintained constant over the operation period, while that of rock cavern type TES decreased rapidly in the early operation stage and tended to converge towards a certain value. The decrease in heat loss rate of rock cavern type TES can be attributed to the reduction in heat flux through storage tank walls followed by increase in surrounding rock mass temperature. The amount of cumulative heat loss from rock cavern type TES over a period of five-year operation was 72.7% of that from above-ground type TES. The heat loss rate of rock cavern type obtained in long-period operation showed less sensitive variations to insulation thickness than that of above-ground type TES.

용접기의 사용전류와 용접시간 변화에 따른 불티 입자의 크기 분포 및 비산 속도의 측정

박정욱(Jung-Wook Park),유우준(Woo-Jun You),고권현(Gwon-Hyun Ko),노경철(Kyoung-Chul Ro) 한국위험물학회 2021 한국위험물학회지 Vol.9 No.1

In this study, the size distribution and average velocity of welding spatters were measured for various operation current and time conditions of welder. The analysis procedure using the Image-J program was suggested to determine the spatter size using the thermal camera images. The PIV analysis using Matlab program was used for the momentum and velocity of scattering spatters. The results showed that as the operation current of welder increase from 70A to 90A, the average size and maximum velocity of spatter particles increased by2.4 mm and 1.5 m/s, respectively.

다양한 직육면체 형상의 PU 폼 화염에서 최대 열방출률과 상관관계를 갖는 매개변수의 검토

박정욱(Jung-Wook Park),한호식(Ho-Sik Han),황철홍(Cheol-Hong Hwang) 한국화재소방학회 2022 한국화재소방학회논문지 Vol.36 No.6

열방출률은 화재의 규모 및 강도를 정량적으로 분석할 수 있는 중요한 물리량이다. 최근 가연물의 다양한 매개변수와 화재실험에서 측정된 최대 열방출률의 상관관계를 분석하여, 상관식을 통해 가연물의 최대 열방출률을 예측하기 위한 연구가 수행되고 있다. 그러나 상관관계에 적용될 수 있는 가연물의 다양한 매개변수들의 적절성에 관하여 아직까지 충분한 검토가 수행되지 않았다. 이에 본 연구에서는 다양한 형상의 polyurethane (PU) foam을 이용하여 화재실험을 수행하였으며, 가연물의 다양한 매개변수와 최대 열방출률의 상관관계가 정량적으로 비교⋅분석되었다. 주요 결과로써, 가연물의 매개변수를 적절히 활용함에 따라 상관식을 통해 예측된 최대 열방출률의 상대오차는 34%에서 12%까지 감소될 수 있음을 확인하였다. The heat release rate is an important physical quantity that can quantitatively analyze the scale and intensity of fires. Recently, studies have been conducted to analyze the correlation between various parameters of combustibles and the maximum heat release rate measured in fire experiments, and to predict the maximum heat release rate of combustibles through correlation equations. However, the suitability of various parameters of combustibles that can be applied in the correlation has not yet been fully investigated. In this study, fire experiments were conducted using polyurethane (PU) foams of various shapes. Besides, the correlations between various combustible parameters and the maximum heat release rate were quantitatively compared and analyzed. The results confirmed that by appropriately using the combustible parameters, the relative error of the maximum heat release rate predicted by the correlation equation could be reduced from 34% to 12%.

대구지역 학교급식 시설·설비의 구비 및 위생관리 실태

박정욱(Jung-Wook Park),배지현(Ji-Hyun Bae) 계명대학교 생활과학연구소 2012 科學論集 Vol.38 No.-

The objective of this research was to find out the status of disinfection of facilities and equipments based on the standard of ‘School Meal Service Sanitation Management Manual’. After carrying out a research on disinfection of facilities and equipments, it was found that disinfection after washing was well carried out, and sodium hypochlorite disinfection method was mostly used. As a result of research on sanitation management of spoons in school meal service, it turned out that 66.5% of schools did not provide spoons at all. Among the obstacles in providing spoons ‘human resource support problem arising from excessive work of cooking staffs’ turned out to be the highest. According to the implementation period of meal service a statistically significant difference was shown in ‘cooperation level of the HACCP team’ and ‘status of facilities and equipments’ which indicated that there was a need to repair and improve the aged facilities and equipment in old meal service places. As a result of carrying out a research on obstacles arising from CCP implementation, it was shown that CCP 5, washing and disinfection of vegetables and fruits felt the least difficulty and CCP implementation is felt to be most difficult in the meal delivery process. From the above results, it could be concluded that meal service facilities and equipments were currently carried out disregarding the characters and efficient meal service system of meal servicing schools, and there was lack of working space and appropriate allocation of cooking staffs. The arrangement of efficient allocation standard on meal delivery method, facilities and equipments and arrangement of efficient washing and disinfection standard will have to be provided.