고온 고분자 전해질막 연료전지(high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, HT-PEMFC)는 CO 내 성이 높고 물 관리가 용이하다는 장점이 있다. 그러나 높은 온도에서의 작동으로 막의 손상이 쉬우며, 이로 인한 재구매 비용 을 결코 무시할 수 없어 반복 실험에 제약이 따른다는 단점이 있다. 이런 단점을 해결하기 위해, 여러 물리적 현상 간 상호작 용을 정밀하게 계산할 수 있는 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD)을 이용하여 실제 셀의 성능을 예측하는 연 구에 대한 관심이 증가하고 있다. 하지만, HT-PEMFC를 비롯한 여러 연료전지 모델을 모사하는 논문에서는 다차원 모델에 대한 분석이 많이 보고되지 않아 어떤 모델이 실제와 적합한지 알기 힘들다. 따라서, 본 연구에서는 CFD를 활용하여 Butler –Volmer 방정식에 지배받는 1D와 2D HT-PEMFC 모델을 제작하였으며, 전해질막 전도도에 따른 성능을 분석하였다. 이를 통해, 다차원 모델 각각의 특징과 한계를 알아보고자 하였다.

과원 서리 피해 예방을 위해 이용되는 전기 열선 공기유동 팬의 효용성을 평가하고자 지붕형 방풍 시설이 설치된 896m2 (= 폭 28m × 길이 32m) 규모의 사과원에 수평으로 바람을 토 출하는 2단(상·하단) 공기유동팬 5개를 설치하고 사과나무를 3차원으로 모델링하여 팬의 작동 방식에 따른 과원 내 풍속과 기온 분포를 상용 ANSYS CFX 코드로 전산 해석하였다. 공 기유동팬의 풍속과 기온을 비닐온실과 서리가 내린 사과원에 서 실측하고 CFD 해석의 경계조건으로 적용하였다. 공기유 동팬의 높이(2.15m와 3.70m)와 풍향(주간 방향과 열 방향) 조합에 대하여 과원 내 풍속·기온 분포를 비교 분석한 결과, 주 간 방향으로 2단 공기유동팬을 이용해 바람을 토출하는 경우 팬 출구로부터 두 번째 공기유동팬이 위치하는 18m 지점까지 0.5m·s-1 수준의 바람이 존재하는 것으로 나타났고 상단 또는 하단 공기유동팬 적용만으로는 과원 전체 기류 형성에 한계가 있는 것으로 나타났다. 반면, 유동저항이 상대적으로 작은 열 방향으로 바람이 부는 경우 21m(= 3.5m × 6칸) 지점까지 0.9 m·s-1 수준의 바람이 영향을 미치는 것으로 나타났다. 전면부 로 바람을 토출하는 공기유동팬의 특성상 공기유동 영향 범위 가 나무의 크기 수준에 불과하므로 과원 전체에 기류를 생성 하기 위해서는 공기유동팬을 360° 회전시켜야 할 것으로 판 단되었으며 공기유동팬 작동에 따른 미기상환경 조사와 함께 서리 예방을 위한 전기열원의 적정 용량 설정 및 수평 바람 토 출 공기유동팬의 상·하층부 공기 혼합 한계로 인한 추가 열원 에 대한 효용성 평가가 필요할 것으로 판단되었다.

Water-soluble substances like hydrogen fluoride, generated in semiconductor manufacturing, pose serious health and environmental risks, underscoring the need for effective capture devices. Vertical liquid capture devices help by aggregating and discharging hazardous substances with water, but their design can lead to backflow during abnormal operations, causing unintended releases and impacting efficiency and safety. This study seeks to improve a vertical liquid collection device’s containment performance by optimizing its geometry. The vertical wall was rotated at various angles and directions, and turbulent kinetic energy and streamline distribution were analyzed to assess vortex formation and flow characteristics. These structural modifications identify optimal conditions to control hazardous substance migration, offering insights for future pollutant removal device designs.

해양사고 예방을 위해 선박의 성능 평가는 필수적이지만, 대형 상선에 비해 소형선박에 대한 성능 평가는 여전히 미흡한 상황 이다. 특히 5톤급 미만의 선박에 대해서는 설계 단계에서 어떠한 평가도 이루어 지지 않는다. 일반적인 경우 소형선박 특히 어선에 대한 조종성능 평가는 상선과 달리 설계 과정에서 다루어지지 않거나 경험식에 의존하여 검토되는 경우가 많다. 본 연구의 대상으로 하는 소 형어선의 경우 적재 재화상태에 따라 중량과 무게중심의 변동이 크기 때문에, 설계 후 항해 시운전을 통해 조종 성능을 평가하더라도 해 당 재화상태가 실제 운항 상황을 충분히 반영하지 못할 수 있다. 이에 따라 소형 어선의 성능 평가는 재화 상태 별로 구분하여 검토될 필 요가 있다. 본 연구에서는 4.99톤급 표준 어선을 대상으로 한국해양교통안전공단(KOMSA)의 복원성 평가프로그램(K-SHIP)을 활용하여 적 재 재화상태에 따른 중량과 무게중심을 평가하고, 이를 바탕으로 선회 성능을 분석하였다. CFD 시뮬레이션의 불확실성은 GCI 기법으로 검증하였으며, 시운전 데이터를 사용해 시뮬레이션 결과의 정확성을 검증하였다. 연구 결과 소형 어선은 만재 출항 재화상태에서의 선회 성능 평가가 해당 선속에서의 대표 성능을 충분히 반영 하는 것으로 평가 되었으며, 선속별 선회성능 시뮬레이션 결과 소형 어선의 선회 성능을 고려한 운항 속력 선정이 필요함을 확인하였다.

This study aims to optimize the orifice diameter to reduce pressure hunting in the pilot valves of positioners used in nuclear power plant control systems. Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis using ANSYS CFX was conducted to create 3D models with varying orifice diameters (1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm, and 3 mm). To enhance the accuracy of the analysis, boundary layer meshing techniques (Inflation) were applied, and the SST k-ω turbulence model was employed. The analysis of pressure variation and pressure hunting over time revealed that larger orifice diameters resulted in reduced pressure hunting, with a 3 mm orifice diameter achieving 0% pressure hunting. Additionally, it was observed that larger orifice radii slightly increased the average outlet pressure. Based on the findings, a 3 mm orifice diameter is recommended to effectively mitigate pressure hunting in pilot valves, contributing to improved system stability in nuclear power plants. Future studies will explore the design of slanted orifices to further analyze fluid flow characteristics.

This study aims to optimize the SDC (Spinning Dust Collector) system in amphibious assault vehicle engines through numerical analysis of dust and moisture particle separation efficiency using CFD-DPM. Focusing on an axial cyclone structure, the research evaluates separation efficiency across various particle sizes and flow conditions. The results demonstrate that vortices generated by cyclone blades play a critical role in influencing particle trajectories and improving separation performance. Additionally, the study highlights the significant impact of engine flow conditions and housing design, emphasizing that their careful optimization enhances the system's efficiency in separating dust and water. These findings offer valuable insights into optimizing inlet and outlet flow paths and cyclone housing design, providing a solid foundation for advancing SDC system performance in high-efficiency engines.

상선에 비해 잦은 변침을 하고 어획물로 인한 중량 및 무게중심의 변화와 같은 다양한 운항조건을 가진 어선의 경우, 조종성능 은 선박 운항 시에 매우 중요한 역할을 한다. 소형 어선의 사고는 2022년 기준 전체 해상 사고의 약 60%를 차지하며, 이는 부족한 조종성 능으로 인한 충돌과 좌초 사고가 주요 원인이다. 특히 10톤 미만의 소형선박에서 발생한 사고는 전체 사고의 약 65%를 차지하는데, 소형 어선의 조종성능 관련 기준이 부재하여 이를 정확히 평가하기엔 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 4.99톤급 소형 어선을 대상선으로 선 정하여 3D-CAD로 모델링 한 후, 상용 수치해석 프로그램인 STAR-CCM+를 활용하여 선박의 조종운동 시뮬레이션 환경을 구축하였다. 이 를 바탕으로 다양한 표준재화상태와 무게중심을 고려하여 10° / 10° 및 20° / 20° zigzag test와 35° turning test를 수행하였고, 선체 중량이 증가 함에 따라 변침성능이 감소하고 선회성능이 향상되는 경향을 분석하였다. 그 중, 만재출항과 부분만재입항 상태에서는 상대적으로 선회 성능이 부족한 결과를 확인하였다. 이를 바탕으로 소형선박의 안전한 운항을 위한 표준재화상태와 무게중심을 고려한 조종성능의 평가 및 그에 상응하는 표준화된 조종성능 평가 기준의 필요성을 제시하였다. 또한, 본 연구의 조종성능 평가 결과가 소형선박의 조종성능 평 가 기준 선정을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Research has been conducted on a wide variety of 3D printer circular fin heads. In this study, we proposed a sequence and method for a more efficient mesh study in the CFD model to calculate the Nusselt number of the circular fin head of an FDM 3D printer using the Taguchi method, sensitivity, and ANOVA. As a result, the CFD model to calculate the Nusselt number of the circular fin head of an FDM 3D printer has high sensitivity and contribution in the order of Base target mesh size, Prism layer number, and Prism layer thickness. We propose to increase work efficiency by performing mesh optimization in the order of factors with high sensitivity to level changes.

본 연구에서는 너클 라인이 다수 존재하면서 안팎 형상이 비대칭으로 설계된 특이점을 갖는 쌍동선의 자항성능을 예측하기 위 해 CFD 해석을 수행하였고, 해석 기법에 따른 차이를 파악하기 위해 MRF(Moving Reference Frame) 기법과 SDM(Sliding Mesh) 기법을 적용하 였다. MRF 기법을 적용한 경우에는 time step당 프로펠러를 1˚ 회전시켰고, SDM 기법의 경우 10˚, 5˚, 1˚씩 회전시키며 각 기법별 예측된 자 항성능을 비교하였다. 자항점 추정을 위한 몇 가지 프로펠러 회전수에서의 해석 결과 중 프로펠러의 토크는 기법에 따른 차이가 거의 없었 지만 추력 및 선체가 받는 저항은 MRF 기법보다는 SDM 기법을 적용했을 때 더 낮게, SDM 기법의 time step당 프로펠러 회전각이 작을수 록 높게 계산되었다. 선형 내삽을 통해 추정된 자항점의 프로펠러 회전수, 추력, 토크와 실선 확장법을 사용해 추정된 실선의 전달동력, 반 류 계수, 추력 감소 계수 및 프로펠러 회전수도 동일한 경향을 보였으며, 대부분의 자항효율은 반대의 경향을 보였다. 프로펠러 후류의 경 우 MRF 기법을 적용했을 때 정확도가 떨어졌고, SDM 기법의 time step당 프로펠러 회전각에 따라 표현되는 후류의 차이는 거의 없었다.

We analyzed the performance of hubless rim propellers based on the number of blades, maintaining a fixed pitch ratio and expanded area ratio, using computational fluid dynamics (CFD). Thrust coefficient, torque coefficient and efficiency according to the number of blades were analyzed. In addition, the pressure distribution on the discharge and suction sides of the blade was analyzed. As the advance ratio increases, the thrust coefficient decreases. The highest thrust was shown when the advance ratio was lowest. For the three, four, five and six-blades, the torque coefficient tended to decrease as the advance ratio increased. In the case of seven and eight-blades, the torque coefficient tended to increase as the advance ratio increased. The maximum efficiency was found when the advance ratio was 0.8. When the three-blade, it showed high efficiency at all advance ratios. A high pressure distribution was observed at the leading edge of the discharge blade, and a low pressure distribution was observed at the trailing edge. Applying a hubless rim-driven thruster with the three-blade can generate higher thrust and increase work efficiency.