배열충돌제트에서 변형된 파형구조 형상 적용에 따른 유동 및 열전달 특성

박철 연세대학교 대학원 2019 국내석사

철도차량 연결기 충돌에너지 흡수용량 해석 연구

김형준 서울산업대학교 철도전문대학원 2010 국내석사

철도차량에서의 연결장치는 단순히 차량과 차량을 연결해주는 기계적인 역할뿐만 아니라, 운행시에 발생되는 차량의 충격력을 완화시키거나 감쇠시켜주는 완충장치는 차량의 안전과 승차성능 향상을 위하여 필수적으로 요구되고 있다. “철도차량 안전기준에 대한 규칙” 제40조는 “시속 10킬로미터의 속도로 주행하는 공차 상태의 철도차량이 제동이 되어 있는 유사한 형태의 철도차량과 연결기를 통하여 충돌하였을 때 차체 및 연결기 등에는 손상이 발생하지 아니하여야 한다.”로 규정되어 있다. 그러나 충돌해석에 대한 국내 연구가 미흡하고 또한 완충장치 관련 기술자료도 충분치 못한 점을 감안, 차량연결 충돌시 차량의 피해를 최소화 할 수 있는 연결기 충돌에너지 흡수용량 예측에 관한 연구를 수행하였다. 본 논문에서는 차체 설계시 얻을 수 있는 정적강도해석 데이터(정적강성, static stiffness)를 이용하여 연결충돌시 차체의 변형특성을 반영하기 위한 분포질량의 바(bar)요소, 대차와 차체 연결부의 길이방향 강성을 표현하기 위한 1자유도 비선형스프링(spring)요소, 휠과 레일의 제동을 표현하기 위해 댐퍼요소, 그리고 대차 질량은 집중질량(mass)요소를 사용하여 1차원 모델을 생성하고 철도차량의 연결완충기 에너지 흡수성능 평가와 개선방안에 활용하고자한다. Coupler device for rolling stock performs not only a mechanical role by simply connecting the car to car, but also a necessary role of a buffer by reducing the impact force which occurs during the train operation. In article 40 of "Safety Standard Regulations of Rolling Stock," it is defined that "No damage shall occur to the carbody and the coupler when a vacant rolling stock, operating at the speed of 10km/h, collides with a similar type of rolling stock and the coupler in its braking position." Therefore, as technical informations to model buffering collisions are necessary, this study on the anticipation of collision energy capacity for the coupler has been performed to minimize the vehicle damage when there are buffering collisions between the cars. In this study, static stiffness data, which is obtained from carbody analysis, has been used. In these simulation models are used the bar elements to reflect the characteristic of the carbody under collisions between the cars, the 1 D.O.F. (Degree of Freedom) non-linear spring elements for the connection point of the bogie and the carbody, the damper elements to express the braking effects of wheel and rail, and the lumped masses for the mass of bogie. By integrating the model elements, 1-dimension dynamic models are to be created and utilized for evaluation and improvement of absorption capacity design for coupler buffer of trains.

義務의 衝突에 관한 연구

전정주 단국대학교 1997 국내박사

義務衝突은 비교적 새로운 분야에 속하는 주제로서 형법의 한계상황으로 인식될 만큼 그 해결에 있어서는 곤란한 문제를 내포하고 있다. 현행 刑法은 의무충돌에 관한 직접적인 明文을 가지고 있지 않다. 따라서 그 해결은 學說과 判例에 맡겨져 있다. 바로 이런 점 때문에 의무충돌은 그 해석에 어려움이 따르고 있다. 이미 義務衝突 문제에 대해서는 다수의 논문이 나와있음에도 불구하고 이론적 허약성 때문인지는 몰라도 우리나라에서는 아직은 이를 원용한 判例는 발견되고 있지 않다. 의무충돌에서 가장 논쟁적인 것은 동가치적 의무충돌의 해결문제라 하겠으며 특히 생명과 생명의 구조의무가 충돌하는 경우인 소위 해결할 수 없는 義務衝突의 경우에 법수명자로서의 의무자의 의무불이행행위에 대한 법적 효과가 違法阻却인가 責任阻却인가 하는 점일 것이다. 따라서 본 논문은 이와같은 입장에 주안점을 두고서 연구된 것이며 이에 대해서는 違法阻却說에 입각하면서 責任阻却說을 비판하였다. 그밖에 이 논문의 내용은 다음과 같이 요약된다. 첫째, 의무의 충돌이라 함은 동시에 이행하여야 할 두 개 이상의 의무가 존재하지만 일방밖에 이행할 수 없는 의무자가 그 중 일방의 의무를 이행하고 타방의 의무를 방치하는 것이 刑罰法規에 저촉되는 경우이며, 그 성립에는 객관적 요건과 주관적 요건이 필요하다. 둘째, 의무의 충돌은 긴급피난과 유사성도 있지만 긴급피난과는 구별되는 독자적 구조를 가지고 있으며 그 법적 성질은 正當行爲증 社會常規에 위배되지 않는 행위이다. 셋째, 의무의 충돌은 구체적인 상황하에서 의무자가 실질적으로 대립하는 현실의 두 개 이상의 의무의 요구로 인해서 진퇴양난에 빠져서 제3의 행위가능성이 없는 진정하고 실질적인 상황의 충돌만을 말한다. 넷째, 의무충돌에서의 의무는 작위의무든 부작위의무든 상관없지만 法的인 義務에 한한다. Die Frage der Pflichtenkollision entha¨lt als eins der neuesten Bereiche im Strafrecht einige schwierige Problem. Das geltende Strafrecht hat keine ausdru¨chliche Bestimmung daru¨ber. Somit ist die Lbsung der Frage der Lehre and Rechtsprechung u¨berlassen. Hinsichtlich der Frage der Pflichtenkollision haben viele Arbeit daru¨ber behandelt. Aber ist keine Rechtsprechung, die Lehre der Pflichtenkollision an wendet, ersichtlich. Die meiste umstrittene Frage ist die Lo¨sung der Pflichtenkollision, insbesondere Pflichtenkollision zwischen Leben and Leben, die als sog.unlo¨sbare Pflichtenkollision genannt wird. Es wird daru¨ber umstritten, ob die Unterlassung der Rettungspflicht der Garanten als Normadressate im Fall der unlosbaren Pflichtenkollision gerechtfertigt oder entschuldigt wird. Der Schwerpunkt dieser Dissertation ist die rechtliche wirkung der unlo¨sbaren Pflichtenkollision. Dissertation la¨βt sich folgendermaβen zusammenfassen: Erstens liegt Pflichtenkollision vor wenn der Garant angesichts der mehreren zu erfu¨llenden Handlungspflichten eine der pflichten erfu¨llt hat and die Erfu¨llung anderer Pflicht Unterlassen hat. Voraussetzungen der Rechtfertigung durch pflichtenkollision Lassen sich in objektive and subjektive Voraussetzung teilen. Zweitens ist Pflichtenkollision mit dem Notstand a¨hnlich, aber eigensta¨ndige Struckter, die sich mit dem Notstand unterscheidet. Ihre Rechtsnatur ist "die Handllung, die nicht gegen Sozialada¨quenz sto¨βt", die gerechte Handlung (§20) geho¨rt. Drittens Pflichtenkollision bescha¨nkt sich auf die Fa¨lle, in denen der Garant unter den bestimmten Umsta¨nden nicht beide widerstreitende Handlungspflicht zugleich erfullen kann. Viertens beschra¨nkt sich die Handlungspflicht in der Pflichtenkollision nur auf die rechtliche Pflicht, unabha¨ngig davon, ob sie Handlungpflicht oder Unterlassungspflicht.

충돌과 부식손상이 있는 선박해양구조물의 잔류강도

박상현 울산대학교 일반대학원 2020 국내박사

해상에서 발생하는 선박해양구조물의 해양사고 중에서 충돌과 좌초 사고는 심각한 환경오염뿐만 아니라 막대한 재산과 인명 피해를 야기할 수 있다. 선박의 항해 기술은 전자해도를 채택함으로써 크게 향상되어 왔으나 해상 교역량의 증가, 선속의 증가와 대형화 그리고 인간의 부주의 등으로 인해 해양사고는 꾸준히 발생하고 있다. 특히 충돌 및 좌초 사고가 발생하면 구조물에는 대변형률을 동반하는 소성변형과 파단 손상이 발생하게 된다. 충격 하중에 대한 구조물의 국부변형의 크기나 파단의 발생 여부 및 발생한 파단의 크기에 대한 예측은 선박해양구조물의 안전성 평가에 매우 중요하다. 자항 능력이 있는 선박의 경우도 그렇지만 해상에서 오랫동안 한 자리에 머무는 해양구조물의 경우는 보수가 어렵고 비용이 많이 들기 때문에 사고로 인해 구조물에 발생하는 손상에 대해 초기 설계 단계에서부터 고려할 필요가 있다. 충돌 사고로 인한 선박해양구조물의 손상 크기를 추정하기 위해서는 실선 규모의 모델을 사용한 충돌 실험을 수행하는 것이 바람직하다. 하지만 이에 소요되는 비용이나 시간을 감안하면 부득이하게 축소 모델을 사용하여 충돌 실험을 수행하게 된다. 소형모델에 대한 충돌 실험의 결과를 실선에 적용하기 위해서는 크기 효과를 적절히 고려하여야 한다. 이는 충격 하중을 받는 경우 같은 재료이고 축소비가 반영된 구조물이라 하더라도 구조물의 크기가 클수록 무차원화된 손상이 커지는 경향이 있기 때문이다. 따라서 이러한 크기 효과에 대한 고려를 하지 않고 소형 모델의 실험 결과를 그대로 실험 모델보다 훨씬 큰 실제 구조물에 적용하면 구조물의 충격 저항능력을 과대평가할 수 있다. 하지만 현재 충격을 고려한 설계에서는 크기 효과의 영향을 적절히 고려하지 않고 축소모델에서의 실험 결과를 그대로 구조설계에 활용하고 있다. 충돌사고를 고려한 최적 구조 설계 단계에서 고려해야 하는 것 중 또 다른 하나는 손상에 의한 구조물의 강도 저하 문제이다. 충돌 사고에 의해 선체 구조가 손상이 되면 그 강도는 저하 될 수밖에 없다. 또한 충돌이나 접촉 사고로 인해 외판에 손상이 발생하게 되면, 외판의 도막에서 균열이 발생하게 된다. 도막의 균열은 해수의 침입을 허용하게 되며, 결국에는 침입된 해수에 의해 구조 부재는 부식 손상을 입게 된다. 부식 손상은 구조물의 두께를 감소시켜 강도 저하의 또 다른 요인이 된다. 부식 손상은 선박해양구조물이 노후 됨에 따라 그 진행 속도는 점점 더 증가하게 되고 구조 강도에 치명적인 영향을 주게 된다. 그러므로 노후된 선박해양구조물의 최종강도를 정확히 예측하기 위해서는 부식의 진행 정도에 관한 정보를 확보할 필요가 있다. 본 논문에서는 첫 번째로 비보강판 모델이 동적 충돌 하중을 받을 때 발생하는 국부변형 손상과 파단 손상에 대한 크기 효과를 실험 및 해석적 연구를 통해 평가하고 크기 효과의 원인을 규명하였다. 두 번째로 선체 거더를 이상화하여 제작한 박스 거더 모델에 대하여 충돌 실험을 수행하여 국부변형 손상과 파단 손상을 입히고 그 손상이 구조물의 최종 종강도에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 그리고 굽힘 실험에서 하중 분할 보와 연장 구조물 사이의 지지대에 작용하는 마찰력의 효과를 평가하였다. 세 번째는 다중 충돌에 의한 누적 손상의 영향을 고려하고, 이러한 다중 충돌 손상이 보강판의 잔류강도에 미치는 영향을 평가하였다. 관련 실험 자료를 활용하여 충돌 및 압축 잔류강도 해석법을 검증하고, 검증된 해석법을 사용하여 다양한 설계변수에 대한 파라메트릭 연구를 수행하였다. 그리고 그 결과를 활용하여 다중 충돌 손상이 있는 보강판의 잔류강도를 추정하는 설계식을 개발하였다. 마지막으로 부식 강판에 대한 인장 및 압축 거동을 조사하고, 점부식 손상과 홈부식 손상이 있는 보강판의 최종강도를 평가하였다. 또한 부식 손상이 있는 보강판의 해석과정을 단순화시키기 위해 등가의 비손상 보강판으로 치환할 수 있는 등가 두께 추정식을 제안하였다.

선박충돌사고의 조사모델개발에 관한 연구 : 인간과실을 중심으로

김상수 한국해양대학교 2004 국내박사

Increase of sea traffic causes continuous marine accidents and international organization, maritime industries and government authorities have been focusing on physical aspects of ship such as on-board automation control and reliability of machineries, etc to improve hard ware defects. Despite the improvement of ships physical reliability, marine accidents have been occurring continuously by the reasons of increasing number of sub-standard ships operated by under-developed countries, reduction of crew numbers for competitiveness of crew cost, communication problems of multi national crews, cultural difference of crews and lack of training. Among the marine causual factors of accidents, operational mistake caused by human error is the major factor of collisions at sea. To reduce marine accidents caused by human error, STCW Convention has been adopted and implementation of ISM Code, while training for Bridge Resource Management and others are reinforced. To prevent recurrence of marine accidents, the causal factor of accidents must be eliminated through thorough investigation. However the authority concerned, Maritime Safety Tribunal, lacks infrastructure and qualified personnel as well as has not enough investigation techniques nor guidelines to analyse the causes of human error. This study aims to develop systematic investigation model to collisions at sea focussed on the human error, which ocurred frequently and arises severe damages and to suggest improved investigation and analysis method for human error. Research methods to develop investigation model are to survey the literatures and experience from the officer, master at sea and the judge at maritime safety tribunal. 1) For the theory of human error Guidelines for the Investigation of Human Factors in Marine Casualties and Incidents and analysis method for human error. 2) Human error aspect among various causes of collisions at sea during enroute. 3) Study investigation & analysis method of marine accidents of Maritime Safety Tribunal. 4) By integrating of above, develop investigation model to collisions at sea and verify the usefulness of developed investigation model. Despite(Although there are) many studies on & analysis of ship collisions, it is not simple to categorize the primary causes in several groups. It is because marine accidents are caused by many factors needed to be considered such as the ship's size, type of ships, job fulfilment according to the seamen's competency, safety management system of the shipping company, navigating area and perils at sea. Under this circumstance, the author I categorized models for identifying causes of ship collisions into 4 parts (General Factors, Management System, Watch-keeping, COLREG factors) and named GMWC(named from initials of each mode). First, General factors are classified, as mid-range category, into natural environment, navigation area, governing laws & rules, ship, harbor facilities, Human(crew) factors, and each mid-range category breaks down to micro level. For example, Human(crew) factors breaks down into sex, age, educational background, certificate of qualifications, attitude, on-board career, health condition, and knowledge of marine skill. Second, Management system is divided into on-board management system & company management system. Company management system was categorized in mid-range such as crew management, labor matters, training & education and repair & maintenance, and if necessary it categorized into more details. On-board management system was categorized in mid-range such as on-board based safe operation, general matters, training & education, maintenance of navigational equipment. Third, Watch-keeping system is divided into general factors of watch-keeping and conning person's action carried out during the watch. Factors of general watch-keeping is categorized in mid-range such as personal matters of conning person and/or duty officer, ship's condition and watch-keeping status. The overall matters regarding conning person's action carried out during the watch is described in flow chart. The main content of conning person's action during the watch is expressed as follows. The reason why early detection of the other ship has failed, the reason why systematic observation is not carried out, and the reason why proper action was not undertaken after detection of the other ship before arriving in close distance. Forth, COLREG factors is to find out the violation of the detailed collision avoidance actions to avoid collision as stipulated in COLREG-72 and other laws in a circumstances which the concerned ship was situated. When investigate or analyse the cause of human factor by using the GMWC model developed by this study, first to investigate the observance of navigational rule, the decision of give-way vessel together with proper avoidance action was taken. And then find out the deficiencies of navigational watch keeping duty until avoidance action was performed by watch officer and point out that the cause was resulted by the deficiency of watch officer or on-board management system. This study suggests the solution to remedy the deficiencies found out.

견관절 충돌증후군과 SLAP 병변이 있는 야구선수의 ROM과 등속성 근력 연구

이현석 단국대학교 2008 국내석사

The purpose of this study was to investigate the difference of range of motion(ROM) and isokinetic strength of shoulder in baseball players with impingement and SLAP Lesion. The subjects involved 24 athletes for this study. Athletes taken diagnosis with impingement and SLAP Lesion was each 8 persons, and Athletes with no any injuries was 8 persons. All subjects were tested ROM using goniometer and protraction-retraction strength using isokinetic device(Biodex Medical Systems). ROM test was involved internal and external rotation, and horizontal adduction on supine position. Also, The velocity of isokinetic test was used 60˚/sec and 180˚/sec. The datas were analyzed to one-way ANOVA to know difference of ROM and isokinetic strength among groups using SPSS program 13.0 for Windows. The results of the present study were as follows; 1. In internal ROM of shoulder, SLAP group was the highest ROM and Impingement group was the lowest that. And normal group was a significantly higher than impingement group(p<.05). 2. In external ROM of shoulder, SLAP group was the highest ROM and Normal group was the lowest that. There was no significant difference among groups(p>.05). 3. In horizontal adduction ROM of shoulder, Normal group was the highest ROM and Impingement group was the lowest that. And normal group was a significantly higher than impingement group(p<.05). 4. In peak torque(60°/sec) per body weight of shoulder protraction, Normal group was the highest strength and impingement group was the lowest that. And normal group was a significantly higher than impingement and SLAP groups(p<.05). 5. In peak torque(60°/sec) per body weight of shoulder Retraction, Normal group was the highest strength and impingement group was the lowest that. And normal group was a significantly higher than impingement and SLAP groups(p<.05). Therefore, It would be concluded that the impingement group was a significantly lower than SLAP and Normal Groups in internal ROM, protraction and retraction strength of shoulder. 이 연구의 목적은 견관절의 충돌증후군과 SLAP 병변이 있는 야구선수들을 대상으로 관절가동범위와 등속성 근력에 어떠한 차이가 있는지를 연구하는데 있다. 본 연구에 참여한 선수는 총 24명이었으며, 충돌증후군으로 진단받은 선수와 SLAP으로 진단받은 선수, 그리고 어깨 손상이 없는 선수 각 8명으로 구분하였다. 모든 선수들은 관절가동범위와 Biodex를 이용하여 등속성 전인력과 후인력을 측정하였다. ROM 검사는 누운 자세에서 견관절의 내회전과 외회전 검사, 그리고 수평내전 검사를 실시하였다. 또한 등속성 검사의 각속도는 60°/sec와 180°/sec에서 실시하였다. 검사 데이터는 SPSS 13.0 program을 이용하여 ROM 과 등속성 근력의 차이를 알아보기 위하여 one-way ANOVA 방법을 이용하였다. 연구결과는 다음과 같다. 1. 집단 간 견관절 내회전 ROM 에서는 SLAP집단이 가장 높은 경향을 보였고 충돌증후군집단이 가장 적었으며, 손상병력이 없는 집단이 충돌증후군집단보다 유의하게 높았다(p<. 05). 2. 집단 간 견관절 외회전 ROM 에서는 SLAP집단이 가장 높은 경향을 보였고 손상병력이 없는 집단이 가장 적었으며, 집단 간에는 유의한 차이는 없었다. 3. 집단 간 견관절 수평내전 ROM 에서는 손상병력이 없는 집단이 가장 높은 경향을 보였고 충돌증후군 집단이 가장 적었으며, 손상병력이 없는 집단이 충돌증후군 집단 보다 유의하게 높았다(p<. 05). 4. 집단 간 견관절 전인의 체중 당 최대근력(60°/sec) 에서는 손상병력이 없는 집단이 가장 높은 경향은 보였고 충돌증후군 집단이 가장 적었으며, 충돌증후군 집단은 SLAP 집단과 손상병력이 없는 집단 보다 모두 유의하게 낮았다(p<.01). 5. 집단 간 견관절 후인의 체중 당 최대근력(60°/sec)시에서는 손상병력이 없는 집단이 가장 높은 경향을 보였고 충돌증후군 집단은 SLAP 집단 과 손상병력이 없는 집단과 비교하여 모두 유의하게 낮았다(p<.05). 이상의 결과에 비추어 볼 때 충돌증후군 집단은 정상집단에 비해 견관절의 내회전과 수평내전의 ROM은 유의하게 낮은 것으로 나타났다(p<.05). 그리고 등속성 전인력과 후인력의 경우에는 모든 각속도에서 정상집단과 SLAP 집단이 충돌증후군 집단보다 유의하게 높은 것으로 나타났다(p<.05). 결론적으로 충돌증후군 집단은 견관절의 ROM과 전인력, 후인력이 다른 집단에 비해 유의하게 낮은 것을 의미한다. 이것은 ROM의 결핍과 전인력과 후인력의 약화는 어깨 손상을 유발시킬 수 있는 영향을 미칠 수 있다.

충돌면에 설치된 핀 휜의 다양한 형상 및 높이에 따른 충돌/유출 냉각시스템의 열전달 특성에 관한 수치해석적 연구

박시목 성균관대학교 일반대학원 2024 국내석사

충돌/유출 냉각 방식은 고효율 가스터빈에서 높은 온도를 가진 터빈의 각 구성 요소들을 냉각하는 가장 적합한 방식이다. 본 연구는 가스엔진 터빈 케이싱 냉각에서 충돌/유출 냉각시스템의 설계 및 유동 인자 변화에 따른 열전달 특성을 분석하였다. 충돌/유출 냉각시스템에서 분사홀과 유출홀의 직경(D)은 15 mm로 고정하였다. 여러가지 홀 배열 중에서 상대적으로 냉각성능이 우수한 배열인 엇갈림 배열(staggered arrangement)일때, 홀간의 간격(P/D)가 6–15, 분사면과 충돌면의 간격(H/D)가 4–8, 분사홀 레이놀즈 수(ReD)가 10,000–30,000, 핀 휜의 높이(Hp/D)가 0–8에 대해서 핀 휜이 설치되지 않은 충돌/유출 냉각시스템과 핀 휜(단면의 형상이 원, 사각형, 다이아몬드)이 설치된 충돌/유출 냉각시스템에서의 유동 및 열전달 특성을 분석하였다. 수치해석 결과에 타당성을 검증하기 위해 이전 연구의 수치해석 및 실험 데이터들과 비교하였으며 잘 일치하는 것을 확인하였다. 충돌/유출 냉각시스템에서 P/D가 증가할수록 상대적으로 높은 누셀트 수를 갖는 정체 영역의 비율이 줄어들고 상대적으로 낮은 누셀트 수를 갖는 벽제트 영역의 비율이 증가하여 평균 누셀트 수가 감소하였다. 또한 P/D가 증가할수록 핀 휜이 냉각성능에 미치는 영향이 감소하였다. H/D가 평균 누셀트 수에 미치는 영향은 P/D 및 다른 인자들에 비해 상대적으로 미미하였다. 본 연구의 수치해석 범위에서는 H/D가 변함에 따라 평균 누셀트 수는 크게 변하지 않지만 H/D가 증가할수록 핀 휜에 비해 정체영역 및 정체점에서 상대적으로 높은 누셀트 수가 나타났다. 반면 H/D가 감소할수록 핀 휜에서 상대적으로 높은 누셀트 수가 나타났다. ReD가 증가할수록 모든 영역에서 높은 누셀트 수가 나타나며 평균 누셀트 수 또한 크게 나타났다. 모든 경우에 대해서 핀 휜의 높이가 높을수록 평균 누셀트 수가 증가하지만 핀 휜의 높이가 높아질수록 평균 누셀트 수가 증가하는 비율은 점점 감소하였다. 2차 와류(Secondary vortex)가 가장 크게 나타나는 다이아몬드 핀 휜에서 국부적으로 가장 높은 누셀트 수가 나타나며, 2차 와류(Secondary vortex)와 1차 와류(Primary vortex)가 모두 상대적으로 크게 나타난 사각형 핀 휜에서 가장 높은 평균 누셀트 수가 나타났다. 따라서 냉각성능이 가장 우수하게 나타난, 충돌/유출 냉각시스템에 사각형 핀 휜을 설치한 경우의 수치해석 결과들을 바탕으로, P/D, H/D, Hp/D, ReD에 따른 충돌면 및 핀 휜의 평균 누셀트 수를 예측하는 예측상관식을 개발하였으며 수치해석 결과와 비교해보았을 때 높은 정확성을 갖는 것을 확인하였다. This study is about the impingement/effusion cooling system with pin fins for the gas turbine casing cooling. For the hole arrangement of the impingement/effusion cooling system, a staggered arrangement with relatively good cooling performance was selected. Numerical analysis was performed by varying the hole pitch(P/D), the distance between the jet plate and the impingement plate(H/D), pin fin height (Hp/D), and the Reynolds number (ReD). As a result, the cooling performance of the impingement/effusion cooling system was improved by installing pin fins of various shapes and heights on the impingement plate. Also, the cooling performance improved as the P/D decreased, the Hp/D increased, and the Re increased. And the effect of H/D was insignificant. The best cooling performance was shown in the system with square pin fins, which exhibited high turbulent kinetic energy due to the primary and secondary vortices. The average Nusselt number of the system with square pin fins was improved up to 55% compared with the case without pin fins. The new correlation equation, which predicts the average Nusselt number for an impingement/effusion cooling system with square pin fins, is made from 189 numerical analysis data. The mean absolute error of the new correlation is 3.2%, indicating a high level of accuracy.

충돌형 인젝터 오리피스 내 groove 유무에 따른 비뉴턴 유체 분무특성에 관한 연구

이주현 한국항공대학교 일반대학원 2024 국내석사

이 주 현 항공우주 및 기계공학과 한국항공대학교 일반대학원 (지도교수 : 문 희 장) 본 논문에서는 doublet 충돌형 인젝터의 오리피스 내부 groove 형상 유무가 모사 젤 추진제 분열에 미치는 영향을 파악하기 위해 충돌각과 충돌길이 및 직 경비()를 변화시켜가며 분무특성을 파악하였다. 이후, 물의 분무실험 결과와 비교하여 groove 유무로 인한 차이를 확인하였다. groove 유무에 따른 분열특성 변화를 정성적으로 파악하기 위해 젤 추진제의 분무발달과정을 비교하였고, 정 량적으로 비교하기 위해 미립화 성능을 평가하는 주요 파라미터인 분열길이와 충돌파(impact wave)의 wavelength를 측정하였다. 모사 젤의 분무 실험은 유량 최소 5g/s에서 최대 40g/s까지 증가시켜가며 충 돌길이 및 직경비()는 10으로 고정한 상태에서 충돌각 50°, 70°, 90°으로 변 화시켜가며 진행했으며, 충돌길이 및 직경비()는 충돌각을 70°로 고정한 상 태에서 10, 15, 20으로 변화시켜가며 진행했다. 실험 결과 plain 오리피스와 groove 오리피스는 모두 4가지 분무패턴(rimmed structure, ray-shaped structure, ligament structure, fully developed structure)으로 분 류할 수 있었으며, groove 유무와 상관없이 충돌각과 충돌길이 및 직경비() 가 증가할수록 fully developed 패턴이 나타나기 시작하는 레이놀즈 수가 감소하 는 모습을 보여 선행 연구들의 일반적인 경향을 따르는 것을 확인하였다. 각 패턴이 나타나는 레이놀즈 수는 groove 유무에 따라 다른 결과를 보였으며, groove 오리피스의 경우 동일 충돌각 및 충돌길이 및 직경비() 조건에서 plain 오리피스에 비해 낮은 레이놀즈 수에서 fully developed 패턴에 도달하는 것을 확인하였다. 분열길이 측정 결과, 충돌각 50°를 제외한 70° 및 90°에서는 plain과 groove 오리피스 모두 유량이 증가함에 따라 분열길이가 감소하는 선행연구들의 일반 적인 경향을 따르는 모습을 확인했으며, 충돌길이 및 직경비() 변화에 따라 서는 plain과 groove 오리피스 모두  증가에 따라 분열길이가 감소하는 모습 을 보였다. 또한, 동일 충돌각 및  기준 groove 오리피스가 plain 오리피스 대비 더 짧은 분열길이를 보였다. 액막 상에 나타나는 파동의 wavelength를 측정한 결과, groove 유무에 따른 wavelength의 차이는 찾아볼 수 없었다. plain과 groove 오리피스 모두 레이놀즈 수 증가에 따라 wavelength가 감소하는 경향이 나타났으며, 특히 레이놀즈 수 약 3500 이상부터는 groove 오리피스의 wavelength가 급격하게 짧아지는 경향을 보였는데, 이는 분무발달과정에서 충돌각 70°인 groove 오리피스의 분무 완전 발달이 레이놀즈 수 2060 ~ 4020 사이에서 일어난 것과 관계가 있는 것으로 사 료된다. groove 오리피스의 경우, 충돌각에 따른 wavelength의 변화 경향을 찾아 볼 수 없었다. wavelength와 분열길이의 관계에서는 plain 오리피스가 groove 오 리피스 대비 높은 상관관계를 가지는 것으로 나타났으며, 이를 통해 액막 분열 에 충돌파의 영향을 적게 받는 groove 오리피스가 젤 추진제 분무에 유리하게 작용할 것으로 판단된다.

충돌제트 냉각에서 횡방향 유동 저감을 위한 파형구조의 열유동 특성 연구

황병조 연세대학교 대학원 2017 국내석사

Impingement jet cooling has received considerable attention as it is able to provide significantly high heat transfer on the impinging jet stagnation zone, and has been applied in a wide variety of fields, such as cooling of gas turbine blade and electronic components, metal annealing, paper drying, and anti-icing device of aircraft wings. The crossflow in an impingement chamber developed by the spent air of upstream jets can disrupt and deflect the downstream jets in the array, leading to a decrease in the heat transfer intensity. Crossflow is an essential factor that significantly affects the cooling performance of an impingement jet array and the negative effect of crossflow is a limiting factor on the length of impingement jet arrays. A corrugated structure is one of several methods to reduce the crossflow effects on the downstream jets. It traps the spent cooling air in the corrugations between impingement jets and then reduces the crossflow velocity near impingement jets. In the present study, the effects of impingement jet angle and configuration parameters of corrugated structure on the crossflow reduction of impingement jet array are presented and discussed. A numerical analysis is made of the fluid flow and heat transfer characteristics in the corrugated structure. All computations are performed by considering three-dimensional, steady state, and incompressible turbulent flow using the ANSYS-CFX 15.0 code. To select a suitable turbulence model for this study, numerical simulations were carried out with standard k-e, standard k-w (Wilcox’ 1988 model), SST (Shear Stress Transport) k-w, BSL (baseline) k-w turbulence models for modeling Reynolds stress terms. The BSL k-w turbulence model is identical to the SST k-w model, except the constants in the standard model and the definition of eddy viscosity. The results obtained using these models were compared with the available experimental results. It was identified that the BSL k-w model predicts heat transfer characteristics better compared to all other turbulence models considered in this study. Using the BSL k-w turbulence model, a parametric study of corrugated structure was carried out for the averaged jet Reynolds number of about 10,000. The ratio of distance between the jet exit and the target surface to the diameter of the jet (h/d) was varied from 1 to 3, and the ratio of the corrugated width to jet diameter (Sc/d) varied from 1.6 to 3.2. In order to investigate the effects of oblique angles of impingement jet array on the fluid flow and heat transfer characteristics of corrugated structure, the three kinds of jet angles (a) of 70 deg., 80 deg., and 90 deg. on the spanwise section and the four kinds of jet angles (b) of 70 deg., 80 deg., 90 deg., 100 deg. on the streamwise section were considered. And the impingement jet angles of the corrugated structure were also considered at the same time for both the spanwise and streamwise section. The average Nusselt numbers on the impingement surface when given the impingement jet angles at the same time in the spanwise section and the upstream direction of streamwise section are higher than those in the one section of the spanwise or streamwise. The pressure drop in the channel near impingement surface increases as the Nusselt number increases. Therefore, it is required that the optimum impingement jet angles of the corrugated structure must selected in considering between the Nusselt number on impingement surface and the pressure drop in the channel. The wall and air temperatures of corrugated structure were measured using infrared camcorder and J-type thermocouples during heat transfer experiments with 3 kinds of target plate materials such as polycarbonate, corian and stainless steel. The cooling effectiveness was correlated with the Biot number for the corrugated structure. 충돌제트 냉각은 제트가 충돌하는 정체 영역에 매우 높은 열전달을 제공하기 때문에 가스터빈 블레이드나 전자부품 냉각, 금속 제조공정, 제지 건조 및 항공기 날개의 동결방지 장치와 같이 다양한 분야에서 적용되고 있다. 제트가 벽면에 부딪친 후 벽면 제트에 의해 야기되는 충돌 챔버 내의 횡방향 유동은 여러 개의 제트로 구성된 배열 충돌제트인 경우 하류에 있는 제트 유동을 방해하거나 휘게 할 수 있으며, 이는 충돌면에서의 열전달 감소를 야기 시킨다. 이러한 횡방향 유동은 배열 충돌제트의 냉각 성능에 크게 영향을 미치는 중요한 요소이며, 횡방향 유동의 부정적인 효과는 채널 길이 방향으로 배열 충돌제트 수를 제한하게 된다. 파형 구조는 하류 제트에서의 횡방향 유동 영향을 줄이기 위한 여러 방법 중의 하나이며, 파형 구조는 인접한 충돌 제트 사이에 있는 파형 속에 사용된 냉각 공기를 유입시키어 배열 충돌제트 부근에서의 횡방향 유동 속도 감소로 열전달을 향상시킨다. 본 연구에서는 충돌제트의 경사 각도와 파형 구조의 형상 변수가 배열 충돌 제트의 횡방향 유동 억제에 미치는 영향을 제시하고 분석하였다. 수치해석은 파형 구조에서의 유동 및 열전달 특성에 대해 수행하였으며, 모든 계산은 3차원, 정상상태, 비압축성 난류 유동으로 고려하였고 ANSYS-CFX 15.0 코드를 사용하였다. 본 연구에 적절한 난류 모델을 선정하기 위하여 Reynolds 응력 항을 모델링하는 표준 k-e, 표준 k-w (Wilcox’ 1988 모델), SST k-w, BSL k-w 난류 모델로 수치해석을 수행하였다. BSL k-w 모델은 SST k-w 모델과 동일하게 벽면 근처에서는 표준 k-w 모델을 사용하고 바깥쪽에서는 표준 k-e 모델을 사용하지만, 표준 k-e 모델내의 상수 및 난류 점성계수의 정의에서 차이가 있다. 상기 여러 난류 모델을 사용하여 얻은 해석 결과는 파형 구조의 적절한 실험 결과와 비교하였으며, BSL k-w 난류 모델이 본 연구에서 고려된 모든 다른 난류 모델 보다 실험 결과에 가장 일치된 열전달 특성을 예측함을 확인하였다. BSL k-w 난류 모델을 사용하여 제트 홀에서 평균 Reynolds 수가 약 10,000인 경우에 대해 파형 구조의 파라메트릭 연구를 수행하였다. 제트 직경 대비 제트 출구와 충돌면의 간격(h/d) 비율은 1부터 3까지, 그리고 제트 직경 대비 파형 폭(Sc/d)의 비율은 1.6부터 3.2까지 변화시키었다. 제트 출구와 충돌면의 간격이 클수록 제트 홀 간의 질량유량 차이가 줄어들었고 제트 끝단이 더 휘었으며, Nusselt 수가 가장 높은 정체점은 제트 홀 중심으로부터 채널 후방으로 더 많이 이동하였다. 파형 폭이 클수록 제트 홀 밑에서 횡방향 유동 영향을 상대적으로 덜 받아 제트 유동 끝단이 충돌면 채널 후방으로 갈수록 적게 휘었지만 충돌면의 평균 Nusselt 수가 더 낮아져서 나빠졌다. 배열 충돌제트의 경사 각도가 파형 구조의 유동 및 열전달 특성에 미치는 영향에 대해 고찰하기 위하여, Spanwise 단면에서 3 종류의 제트 경사각도(a) 즉, 70도, 80도 및 90도를, Streamwise 단면에서 4 종류의 제트 경사각도(b) 즉, 70도, 80도, 90도 및 100도를 고려하였다. 유동 상류 방향으로 a 및 b 를 동시에 경사 각도를 준 경우에는 a나 b 중 한 개만 경사 각도를 준 경우에 비해서 횡방향 유동을 전반적으로 잘 억제하여 충돌면 전 영역에서 Nusselt 수가 높게 나타났다. 그러나 충돌면에서 Nusselt 수가 높으면 압력 강하도 그에 상응하여 높게 되어 장점과 단점이 공존하므로 충돌제트의 경사각도는 Nusselt 수와 압력강하를 서로 고려하면서 적절한 각도를 선정해야 한다. 적외선 열화상 카메라와 열전대를 이용하여 파형구조의 벽면 및 공기 온도를 측정하였고, 벽면 재료 효과를 고려한 열구조 복합 해석을 수행하였다. Polycarbonate, Corian, Stainless Steel 인 경우에 Biot 수와 냉각 효율을 비교하였으며, 이를 통해 파형 구조의 냉각 효율을 Biot 수의 함수로 나타내는 식을 도출하였다.

단자유도 시스템을 이용한 충돌해석과 베리어 설계

장대영 公州大學校 大學院 2003 국내석사

베리어의 설계에 있어서, 충돌특성에 영향을 미치는 여러 변수에 대해 많은 시뮬레이션을 수행하여 적정수준의 단면형상을 결정하고 충돌실험을 통해 성능을 평가하여 가드레일의 최종단면을 결정한다. 따라서, 일정한 설계시방에 따라서 탄성 혹은 극한강도 설계에 익숙한 일반 구조기술자들이 사용할 정해진 설계방법이나 시방서가 없고 각종 실험과 해석기술을 동원한 설계후에, 충돌실험을 통한 최종평가가 이루어지기 때문에 설계방법에 관한 Rationale이 극히 부족한 상태이다. 본 연구에서는 이러한 시행착오적인 설계방법 대신 단자유도계 시스템을 이용한 합리적인 설계법을 제시함으로써 충돌실험 횟수를 줄이고 안전시설물로서의 성능기준을 만족시키도록 함과 동시에 시설물의 경제적인 설계가 가능하게 하였다. 연구의 대상은 철재 중앙분리대에 한정하였다. 중앙분리대는 현재 대규모로 설치되고 있는 안전시설물 중에서 대표적인 것인 만큼 충돌에 대한 정확한 거동 분석과 합리적 설계의 파급효과가 다른 시설물에 비하여 크기 때문이다. 본 연구를 통한 결론 및 필요한 추후연구는 다음과 같다. 1. 국내에 많이 시공되고 있는 양면 Thriebeam을 이용한 중앙분리대 (그림 4.2참조, 지주간격 2m)에 정면충돌(90°) 하는 소형차(1.3ton)의 경우를 해석대상으로 BARRIER Ⅶ 프로그램을 이용한 시뮬레이션을 속도를 바꾸어가며 실시하여 가 충돌속도에 관계없이 일정하다는 사실을 확인하였다. 이를 이용하여 차량-베리어 충돌을 단자유도계로 모델하고 이론해로부터 구한 감속도 및 변위의 스펙트럼값이 시뮬레이션으로부터 구한 값과 일치하고 있음을 확인하였다. 2. System Stiffness()를 변화시키는 Parameter는 빔과 지주의 기계적 특성 및 제단면치수 그리고 지주간격 등이 있으나 본 연구에서는 지주간격만으로 값을 변화시켜 가면서 변화된 값에 대한 최대처짐 및 최대감속도의 값을 충돌속도의 함수로 나타내고 이로부터 처짐과 감속도를 제약조건으로 하는 합리적인 설계가 가능함을 제시하였다. 3. 본 연구에서는 베리어의 System Stiffness()를, 지주간격만을 변수로 하여 변화시켰다. 그러나 System Stiffness()를 변화시키는 Parameter로는 빔과 지주의 기계적 특성 및 제단면치수 그리고 지주간격 등이 관련되어 있으므로 이러한 변수들을 고려한 System Stiffness()에 대한 충돌속도별 베리어의 처짐 및 감속도의 스펙트럼을 완성하면 보다 일반적인 단면 설계가 가능해질 것이다. 또한 System Stiffness()가 충돌속도에 관계없음이 확인되었기 때문에 스펙트럼완성에 정적 비선형 해석 혹은 정적실험이 유효할 것으로 판단된다. In developing longitudinal barriers, crash test is regarded as the most reliable tool for performance verification. Since the crash test is so costly, proper design using structural analysis, element test in the lab and computer simulations are used in the preliminary design to reduce the number of crash test. If barrier section is chosen randomly in the preliminary design phase, many effort in simulation works will be needed until the section is regarded as a candidate system for crash test. Therefore selecting right section at the first phase is very important and hence developing effective design methodology is an important issue in the barrier systems' design. This work is to develope a design method using spectrum of deceleration and deflection for varying circular frequency of the barrier system. Method of representing barrier and car crash event by means of single degree of freedom system made of mass and spring has been discussed. For this, many crash test data are needed to see the trend of deceleration. From the deceleration data deformation of the crashing car and barrier can be obtained by integrating the deceleration twice. Unfortunately, crash test data is not available. In the situation, simulation method using BARRIER Ⅶ program has been used. First, median barrier with two sheets of thrie beam and circular post of 2m spacing has been chosen and 1.3ton car was modelled and impacted to the barrier with various impact speeds. Deceleration data from the simulations was analysed and it was shown that deceleration vs. deformation graph could be approximated with a one way linear spring and the stiffness, which is equivalent to the slope of the deceleration vs. deformation graph of the spring, is independent of impact velocity. With the stiffness and the mass representing the impact vehicle, maximum deceleration and deformation could be obtained analytically for the special structure of specific system stiffness, which is represented here by the space between the posts. With different system structural stiffness i.e. post spacing different spring-mass model was possible without much simulation because it had been known the spring constant is independent of impact speed. Thus, for a structure with specific structural stiffness, maximum deflection and maximum deceleration can be calculated and plotted. Those maximum deceleration vs. and maximum deformation vs. for different impact velocity are two response spectrum which leads to an effective system design at the first design stage. Design method with the said structure is explained. * A thesis submitted to the committee of Graduate School, KongJu National University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Engineering Conferred in February 2003.