본 연구에서는 적층된 중앙개구부를 갖는 CNTFPC 복합재 판에 대하여 기하학적 비선형 동적 해석을 수행하였다. Hewitt and Malherbe 멀티스케일 모델을 기반으로 MWCNT의 함유 비율과 중앙개구부의 크기 변화에 따른 영향을 분석하였다. 1차전단변형 판이론에 근거하여, Newmark 방법과 Newton-Raphson 반복기법이 비선형 동적해석을 위하여 적용되었다. 본 연구에서 제안한 방법은 기존 문헌으로부터 도출 결과와 비교 검증하였다. 수치해석 예제는 MWCNT의 적절한 함유량 및 적층된 CNTFPC 구조의 구조성능의 향상시킬 수 있는 상호 관계를 상세 규명하였다.

본 연구에서는 탄소나노튜브/화이버/폴리머 복합소재 구조에 대한 재료 물성 및 강성 추정을 다룬다. 수정된 Halpin-Tsai 모델을 적용한 멀티 스케일 해석은 탄소나노튜브의 함유량 비율, CNT 두께-길이 비율, 화이버 부피 함유량, 그리고 화이버 보강각도 변화에 따라서 수행되었다. 본 연구에서 제시한 멀티-스케일 접근방법은 기존 모델을 적용하여 얻은 결과와 비교하여 검증하였다. 매개변수 해석을 통하여 CNT의 적절한 함유량은 적층된 CNTFPC 구조의 구조성능의 향상시킬 수 있는 중요한 특성을 규명하였다.

Although thin-film nanocomposite membranes (TFNs) have paved the way to develop high-performance reverse osmosis (RO) membranes, scale-up production of TFNs is still challenging issue. Herein, we introduced a novel preparation method for TFNs using spray-assisted nanofiller pre-deposition (Spray method) to circumvent the limitations in conventional method. The precise control of nanofiller (ZIF-8) loading was possible by simply varying the spraying ZIF-8 concentration. Most importantly, TFNs prepared by both Spray and conventional method showed similar RO performances, while Spray method only requires ~100 times minimized amount of ZIF-8 with an unprecedentedly short deposition time (< 1 min) ever reported. Our results revealed that Spray method would be promising for the scale-up of TFNs in terms of cost, time, and controllability.

Recently composite materials have dominated most engineering fields, owing to their better performance, increased durability and flexibility to be customized and designed for a specific required property. This has given them unprecedented superiority over conventional materials. With the help of the ever increasing computational capabilities of computers, researchers have been trying to develop accurate material models for the complex and integrated properties of these composites. This has led to advances in virtual testing of composite materials as a supplement or a possible replacement of laboratory experiments to predict the properties and responses of composite materials and structures. This paper presents a review on the complex multi-scale modelling framework of the virtual testing machines, which involve computational mechanics at various length-scales starting with nano-mechanics and ending in structure level computational mechanics, with a homogenization technique used to link the different length scales. In addition, the paper presents the features of some of the biggest integrated virtual testing machines developed for study of concrete, including a multiscale modeling scheme for the simulation of the constitutive properties of nanocomposites. Finally, the current challenges and future development potentials for virtual test machines are discussed.

본 연구는 냉동공조용 열교환기 내 스케일 형성으로 열전달 과정에서 열저항으로 작용하여 냉동공조시스템의 냉각성능이 떨어져 이를 해결하기 위해 전기분해 원리를 이용하여 배관 내 스케일을 자동 제거하는 시스템을 개발하여 그 성능을 실험을 통해 확인하고자 한다. 이전까지는 배관 내 스케일을 2∼3 년에 한번씩 브러시나 분사 노즐에 의해 기계적으로 배관 내를 청소를 하거나 화학약품을 이용하여 세관하였다. 이러한 세관은 시간이 경과하면 또 관이 오염되어 전열성능이 떨어지고 냉각장치의 운전을 정지하여 반복해야하는 여러 가지 문제점을 안고 있었다. 따라서 시스템의 정지없이 전기분해 원리를 이용하여 만들어진 처리수를 순환시킴으로서 스케일의 원인물질은 Ca, Mg, SiO2를 고형물 형태로 석출시켜 배관계 외부로 배출시킴으로서 배관내 스케일 발생을 차단하고 기 형성된 스케일을 제거하여 배관의 전열 성능을 유지하고자 하는 것이다. 실험한 결과, 새 배관의 열전달율을 100으로 기준할 경우, 스케일이 형성된 배관의 열전달율은 86.66%이었으며, 스케일이 형성된 배관을 1개월 동안 처리수를 가동했을 경우 열전달율은 90.5%의 수준까지 회복되었으며, 2개월간 운전한 경우 97.86%의 수준까지, 3개월 운전했을 경우 98.72% 까지 열전달율이 회복되었다. 비교적 짧은 실험기간이지만 배관내 형성된 스케일의 제거효과를 파악하였으며, 전열성능에도 영향을 미치고 있음을 확인하였다.

최근 대기환경 및 난류해석분야에 관심을 받고 있는 대와류모사(LES)는 그 적용분야도 다양하다. 특히 LES를 이용한 난류 유동장 해석 시, 실제와 유사한 난류의 특성을 지니고 있는 입구조건을 부여하면 해석 도메인 내에서 실제 난류를 보다 빠르게 생성시 킬 수 있다. 본 연구에서는 LES를 이용한 해석으로 난류경계층을 수치해석 도메인 내에 빠르게 생성시킬 수 있도록 하기 위해 입구 조건으로 기존에 많이 적용하는 방법 중 하나인 합성법(synthesis method)이 이용되었고, 수치해석 도메인 내에 만들어진 난류특성들을 기존의 연구결과들과 비교하였다. 입구에 유입되는 몇몇 유동특성들은 기존의 연구결과와 동일한 값을 입력할 수 있으나 유동방향의 길이크기는 쉽지 않다. 그로인해 기존의 연구결과들과 비교하였을 때, 채널 내에서 발달한 난류특성들은 약간의 차이를 나타내지만 유입데이터와 큰 차이는 나타나지 않았다. 또한, 본 합성법을 통한 난류 입구유동의 길이크기에 따른 응답특성을 확인하기 위하여, 폭방 향으로 다양한 길이스케일 변화를 주어 그 특성을 확인하였다. 그 결과, 폭방향의 길이스케일이 커질수록 벽면의 전단응력의 회복이 빨라졌으며, 이는 난류경계층의 발달이 빨라지는 것을 의미한다.

In recent years, the interactive systems with large display have been on the rise, and research on these systems is increasing. While prior research has explored various interaction techniques and input devices developed for large display, it focused on interaction devices used at specific distances from the display. This research introduces a multi-scale user interaction approach that utilizes a multi-touch screen, freehand gestures and mobile interfaces to help users seamlessly interact with the interactive system regardless of their distance from the display. An experiment was conducted to evaluate how users adopted the multi-scale user interaction to more effectively perform various user interaction tasks. The result showed that the multi-scale user interaction helped users improve their overall task performance. It also found that users tended to utilize different multi-scale user interfaces to complete different kinds of tasks.

KAERI의 PRIDE 시설에서 공학규모의 전해환원용 원료물질인 UO2 다공성펠렛 제조를 위해 공정과 장치를 최적화시킨 내 용을 다루었다. UO2 분말과 별도로 attrition 밀링된 대용산화물 분말을 출발분말로, 정밀 칭량을 통해 사용후핵연료 조성을 모사하였다(Simfuel). Simfuel 분말은 각각 tumbling mixer로 혼합하여 균질화 하고, rotary press로 성형하여 furnace를 이 용해 소결하였다. 4% H2-Ar 분위기에서 1450℃ 24시간 고온 열처리하여 제조된 소결펠렛은 6.89 g·cm-3의 벌크밀도를 가 지며 이는 후속 전해환원 공정의 요구에 부합한다. 소결된 다공성펠렛의 미세구조 관찰을 통해 다공성 기지상과 함께 산화/ 금속 석출물이 관찰되어 사용후핵연료의 상이 모사됨을 확인하였다. 본 결과는 향후 공학규모 이상의 파이로 연구를 위한 UO2 다공성펠렛 제조에 중요한 기초자료로 활용 될 것이다.

최근 정삼투 기술 연구는 정삼투막 물질이동, 다양한 분야 적용과 관련된 연구가 주로 수행되었다. 정삼투 공정 실용화를 위해서는 공정설계와 관련 된 파일럿 규모 연구가 추가적으로 필요하다. 본 연구에서는 평판형 정삼투 모듈을 이용하여 운전조건(유도용액 및 유입수 유량과 농도, 모듈 개수)에 따른 모듈 성 능을 분석하고, 이를 바탕으로 정삼투 공정 설계 방안을 제시하고자 하였다. 직렬로 연결된 평막 모듈의 개수가 증가함에 따라 운전압력이 증가하였으나, 나권 형 모듈에 비해 압력 증가량이 낮아 평막 모듈 형태가 정삼투 공정 스케일 업에 적합하다고 판단된다. 유입수 유량대비 막면적은 삼투압차를 근거로 예측한 회수율을 얻는 주요 인자임을 제시하였고, 이를 바탕으로 정삼투 공정설계 연구 결과를 나타내었다.

연료전지용 고분자 전해질막에 있어서 가장 중요한 특성인 수소이온 전달 능력은 내부에서 형성되는 수화채널의 분포 및 형상에 큰 영향을 받게 된다. 비과불화탄소계인 탄화수소계 전해질막의 경우, 과불화탄소계 전해질막인 나피온에 비 하여 이러한 수화채널이 약하게 형성되는 것으로 알려져 있으며 따라서 상대적으로 낮은 이온전달 성능을 나타내는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 컴퓨터를 이용한 전산모사 기술의 하나인 메조스케일 전산모사 기술을 이용하여 탄화수소계 연료전지용 전해질막인 술폰화 폴리이미드의 가습조건에서의 수화채널 형성 및 상분리 현상을 관찰하였다. 이를 통하여 술폰 화 폴리이미드 내부에서 물분자 비드는 친수성 영역 전체에 걸쳐서 고르게 분포되며 명확한 수화 클러스터는 높은 술폰화도 에서만 형성되는 것이 관찰되었다. 또한, 술폰화 폴리이미드 모델은 저가습 상태에서 수화 채널을 형성하는데에 나피온 모델 에 비하여 더 어렵다는 것이 관찰되었다. 이러한 결과들은 비과불화불소계인 탄화수소계 전해질막의 수화채널 형성에 대한 기존 이론을 명확하게 뒷받침하고 있으며, 술폰화 폴리이미드의 전도도 경향도 잘 설명을 하고 있다. 따라서 메조스케일 전산 모사 기술은 연료전지용 전해질막의 상분리 현상 및 수화채널을 분석하고 이온전도 특성을 규명하는 데에 있어서 매우 효과 적인 기술이 될 수 있다는 것을 확인하였다.

Scale formation is inevitable problem when seawater is treated by vacuum membrane distillation. The reason is the high concentration of calcium ion(Ca2+), sulfate ion(SO4 2-) and bicarbonate ion(HCO3 -). These ions form calcium sulfate(CaSO4) and calcium carbonate(CaCO3) on the membrane. The scale formed on membrane has to be removed, because the flux can be severely reduced and membrane wetting can be incurred. This study was carried out to investigate scale formation and effectiveness of acid cleaning in vacuum membrane distillation for SWRO brine treatment. It was found that permeate flux gradually declined until volume concentration factor(VCF) reached around 1.55 and membrane wetting started over VCF over 1.6 in the formation of precipitates containing CaSO4 during VMD operation. In contrast, when calcium carbonate formed on membrane, permeate flux was gradually reduced until VCF 3.0. The precipitates containing both CaSO4 and CaCO3 were formed on the membrane surface and in the membrane pore.

In this study, we present a unique surface modification method for a water desalination membrane to control the surface fouling via titanium dioxide (TiO2) nanopillar pattern imprinting. The patterned membranes showed significantly improved fouling resistance for both organic protein and bacterial foulants compared to the nonpatterned membranes. The hydrophilicity of TiO2 used as a pattern material affects the improvement of chemical antifouling resistance of the membrane. Fouling behavior was also interpreted in terms of the topographical effect depending on the relative size of foulants to the pattern dimension. Moreover, the computational fluid dynamics simulation intimates that the overall and local shear stress enhancement on the patterned surface could affect the foulant deposition behavior on the membrane.

In this study, a multiscale method for solving a thermoelasticity problem for interphase in the polymeric nanocomposites is developed. Molecular dynamics simulation and finite element analysis were numerically combined to describe the geometrical boundaries and the local mechanical response of the interfacial region where the polymer networks were highly interacted with the nanoparticle surface. Also, the micrmechanical thermoelasticity equations were applied to the obtained equivalent continuum unit to compute the growth of interphase thickness according to the size of nanoparticles, as well as the thermal phase transition behavior at a wide range of temperatures. Accordingly, the equivalent continuum model obtained from the multiscale analysis provides a meaningful description of the thermoelastic behavior of interphase as well as its nanoparticle size effect on thermoelasticity at both below and above the glass transition temperature.

Photo responsive polymer(PRP) is well known for its photo deformation under UV light, and goes back to its original shape in visible light due to the photoisomerization of the azobenzene inside the PRP. In this paper, dynamic study of the vibration in PRP is discussed. In order to predict photo-deformation of the PRP a multiscale modeling is introduced which covers quantum level photo excitation, microscopic morphology, and macroscopic deformation of the PRP. A simple 1D beam model is introduced to model dynamic bending behavior of the PRP. Through fast Fourious transformation analysis, we identify that vibration frequency of the PRP can be controlled by light polarization angle.

최근 들어 정렬구조의 나노구조체를 이용한 분리막 응용기술이 큰 관심을 받고 있다. 나노구조체 분리막은 낮은 흐름저항을 통해 높은 투습성을 유지하면서도 매우 균일한 기공크기 특성으로 인해 높은 분리선택비를 가질 수 있다는 장점 을 지닌다. 특히 콜로이드 입자의 자기조립체인 오팔상 및 그 역구조인 역오팔상 구조체를 이용한 분리막 기술이 각광을 받 고 있는데, 기공크기를 자유롭게 제어하면서도 내부에 다양한 기능기의 도입이 가능하여 크기선별 분리 뿐 아니라 반응성 분 리막의 응용에까지 폭넓게 적용이 가능하다. 더불어 다양한 멀티스케일 구조화 기술을 이용하여 기존의 분리막 소재에서는 다룰 수 없었던 다양한 형태의 기공 및 채널구조를 도입할 수 있어, 차세대 고부가가치 분리막 소재기술에 있어 큰 활용이 기대된다. 본 기고에서는 다양한 소재를 활용한 역오팔상 구조체 분리막 기술과 더불어 계층구조화를 통한 기능성 분리막의 개발에 대해 총괄적으로 살펴보고 논의하고자 한다.

Shale gas has become increasingly important as a viable alternative to conventional gas resources. However, one of the critical issues in the development of shale gas is the generation of produced water, which contains high concentration of ionic compounds (> TDS of 100,000 mg/L). Accordingly, membrane distillation (MD) was considered to treat such produced water. Experiments were carried out using a laboratory-scale direct contact MD (DCMD). Synthetic produced water was prepared to examine its fouling propensity in MD process. Antiscalants and in-line filtration were applied to control fouling by scale formation. Fouling rates (-dJ/dt) were calculated for in-depth analysis of fouling behaviors. Results showed that severe fouling occurred during the treatment of high range produced water (TDS of 308 g/L). Application of antiscalant was not effective to retard scale formation. On the other hand, in-line filtration increased the induction time and reduced fouling.

Low-resolution voxel models are widely used in many computer games such as CrossyRoadTM and MinecraftTM and in many block games such as LegoTM. We present a multi-scale voxelization algorithm that abstracts a complex polygonal model to a low-resolution voxel model. Our scheme is distinguished from other voxelization schemes in the point that our scheme controls the level of abstraction according to the complexity of the model. We present a two-stage algorithm: in the first stage, we build a rough voxel model, which is carved to fit the target model in the second stage. We empoly an OpenGL-based slicing algorithm to build a rough model, which is constructed in twofolds. The exterior and interior of the model is constructed separately and merged to complete the rough model. In the second stage, we compute the silhouette of the input model and carve the rough model to improve the completeness of the final result. We test our algorithm for various polygonal models including famous animation character models to prove the excellency of our scheme.

Desalination is a key technology to overcome water shortage problem in a near future. High energy consumption is an Achilles’ heel in desalination technology. Osmotically driven membrane processes like forward osmosis(FO) was introduced to address this energy issue. Characterizing membrane properties such as water permeability(A), salt permeability(B), and the resistance to salt diffusion within the support layer(KICP) are very important to predict the performance of scaled-up FO processes. Currently, most of researches reported that the water permeability of FO membrane was measured by reverse osmosis(RO) type test. Permeating direction of RO and FO are different and RO test needs hydraulic pressure so that several problems can be occurred(i.e. membrane deformation, compaction and effect of concentration polarization). This study focuses on measuring water permeability of FO membrane by FO type test results in various experimental conditions. A statistical approach was developed to evaluate the three FO membrane properties(A, B, and KICP) and it predicted test result by the internal and external concentration polarization model.

In this study, carbon dioxide (CO2) was used as an inhibitor of scale production on the surface of RO membrane. In order to compare the effects of CO2 injection on scale production, four RO modules: 1) without CO2 injection and anti-scalant (RO module #1), 2) with only CO2 injection (RO module #2), 3) with only anti-scalant (RO module #3), 4) with both CO2 injection and anti-scalant (RO module #4), were operated for 60 days under constant flux mode. The trans-membrane pressure (TMP) was observed to decrease significantly in RO modules with CO2 injection as compared with the other RO modules. When the feed water pH was controlled at 5.0 by injecting CO2, the maximum TMP in RO modules #2 and #4 was founded to decrease by 42 aㅋnd 40%, respectively. Moreover, the Ca2+ concentration in the concentrate was 20mg/L lower in RO modules without CO2 injection which is attributed to the scale formation on the surface of the RO membranes. The SEM-EDS analysis further showed a serious fouled RO membrane surface in RO modules #1 and #3.