본 연구는 여름 및 초가을(6-9월)에 한반도에서 관측된 레윈존데 사운딩을 분석하여 대류가용잠재에너지와 대류 억제도가 깊은 습윤 대류 및 강수 발생 예측에 유용성이 있는지를 확인해보았다. 레원존데 사운딩은 열역학적으로 깊은 습윤 대류가 발생할 가능성이 높은 고 대류가용잠재에너지 저 대류억제도 그룹과 대류 발생을 억제시킬 수 있는 저 대 류가용잠재에너지 고 대류억제도 그룹으로 분류하였다. 이후, 두 그룹의 12시간 누적 강수량, 12시간 평균 최저운고, 12시간 평균 중하층운량의 분포 차이가 유의미한지 여부를 통계적 가설검정을 통해 확인하였다. 그 결과, 무강수인 경 우 21:01-09:00 KST 시간대의 12시간 평균 최저운고를 제외하고 두 그룹은 통계적으로 유의미한 차이가 있음이 검증 되었다. 이 결과는 고 대류가용잠재에너지 저 대류억제도 그룹이 저 대류가용잠재에너지 고 대류억제도 그룹보다 깊은 습윤 대류 및 강수 발생에 더 유리함을 시사한다.

At high temperatures, molten salt has heat transfer properties like water. Molten salt has the characteristics of a strong natural circulation tendency, large heat capacity, and low thermal conductivity. Unlike sodium, molten salt does not react explosively exothermically with air. However, molten salt has a strong tendency to corrode materials, and its properties are easily changed by a sensitive reaction to oxygen and moisture. Therefore, it is necessary to study material corrosion properties and chemical control methods for nuclear fuel salts, which are eutectic mixtures. In this study, the optimal operation method of the thermal convection loop is established to perform the experiments on the molten salt. The process describes briefly as follows. The operation step consists of preparation, purification, transportation, and operation. In the preparation, the step checks the entire structure and equipment (TC, blower, vacuum pump, etc.). And melt the salt mixture at a high temperature (670°C) slowly in the purification step. Before injecting the molten salt, the surface temperature of the entire loop must retain temperature (about 500°C) constantly. Completely melted molten salt in the melting pot is flow along the pipe of the thermal convection loop in the transportation step. Lastly, the convection of molten salt goes to keep by the temperature difference. The thermal convection loop can be utilized for various experiments such as corrosion tests, component analyses, chemistry control, etc.

알루미나 콜로이드 용액의 막여과에서 막모듈의 중력에 대한 경사각 변화로 유발된 자연대류 불안정 흐름(natural convection instability flow, NCIF)의 콜로이드 물질의 막오염 제어 효과를 정압(constant-pressure) 막여과 시 플럭스 증가와 정투과량(constant-flux) 막여과 시 막차압 감소 정도로 측정하고, 플럭스 결과를 막힘여과 모델로 해석하였다. 막모듈의 경사각이 0°에서 180°로 커지면 NCIF 유발이 증가하여 막오염 제어 효과가 커져 2시간의 막여과에서 플럭스는 최대 2.8배까지 증가하고, 막차압은 최대 85%까지 감소하였다. 막힘여과 모델을 적용하여 NCIF의 유발에 따른 플럭스 결과를 해석하여 운전 시간 15분 이내에서는 중간막힘모델 그 이후에는 케이크여과모델로 평가하는 것이 타당하였다. 막모듈 경사각 180°에서 유발 된 NCIF는 15분 이내의 운전 초기에는 중간막힘 오염을 52% 감소시키고, 그 이후의 운전 시간에서는 케이크층 오염을 93% 감소시켰다. 따라서 막모듈에 유발된 NCIF의 주된 막오염 제어기작은 막표면에의 입자상 콜로이드 물질의 케이크층 형성을 억제시키는 것으로 평가하였다.

BSA 단백질 용액의 전량 막여과에서 상용(commercial) 막모듈의 경사각 변화에 따라 발생된 자연대류 불안정 흐름(NCIF)의 투과 플럭스 증가 효과를 측정한 결과, 막모듈의 경사각이 0°에서 180°로 증가하면 NCIF 발생이 커져 플럭스가 증가하였다. 그러나 상용 막모듈은 모듈 내에 존재하는 공기층을 완전히 제거해야 NCIF를 발생시킬 수 있다. 본 연구에서 설계 제작된 custom design 막모듈은 crossward 방향(90°)으로 막투과가 이루어져 모듈 상부에 공기층이 존재하더라도 항상 NCIF가 발생된다. Custom design 막모듈에서 BSA와 dextran 용액의 막여과 실험을 수행한 결과, NCIF의 발생으로 2시간 조작 시 BSA 용액의 경우 약 3.8배, dextran 용액의 경우 약 1.8배까지 투과 플럭스가 증가하였다. 또한 BSA 용액을 대상으로 한 20시간의 조작에서도 NCIF의 발생이 지속되어 플럭스가 약 7.5배까지 증가하였다. 본 연구에서 설계된 막모듈은 항상 NCIF가 발생되므로 막오염 형성 억제에 따른 투과 플럭스 증가를 기대할 수 있어 전량여과 막모듈로서의 활용성이 있음을 확인하였다.

Recently, the importance of on-site detection of pathogens has drawn attention in the field of molecular diagnostics. Unlike in a laboratory environment, on-site detection of pathogens is performed under limited resources. In this study, we tried to optimize the experimental conditions for on-site detection of pathogens using a combination of ultra-fast convection polymerase chain reaction (cPCR), which does not require regular electricity, and nucleic acid lateral flow (NALF) immunoassay. Salmonella species was used as the model pathogen. DNA was amplified within 21 minutes (equivalent to 30 cycles of polymerase chain reaction) using ultra-fast cPCR, and the amplified DNA was detected within approximately 5 minutes using NALF immunoassay with nucleic acid detection (NAD) cassettes. In order to avoid false-positive results with NAD cassettes, we reduced the primer concentration or ultra-fast cPCR run time. For singleplex ultra-fast cPCR, the primer concentration needed to be lowered to 3 μM or the run time needed to be reduced to 14 minutes. For duplex ultra-fast cPCR, 2 μM of each primer set needed to be used or the run time needed to be reduced to 14 minutes. Under the conditions optimized in this study, the combination of ultra-fast cPCR and NALF immunoassay can be applied to on-site detection of pathogens. The combination can be easily applied to the detection of oral pathogens.

BSA 용액의 전량 한외여과에서 막모듈의 중력에 대한 경사각(0~180°) 변화에 따라 유발된 자연대류 불안정 흐름 (natural convection instability flow; NCIF)의 막오염 제어 효과를 플럭스 증가 정도로 측정하고 막힘여과 모델로 해석하였다. 막모듈의 경사각이 0°에서 180°로 커질수록 NCIF 유발이 증가하여 막오염 제어 효과가 커져 플럭스가 증가하였다. NCIF의 유발이 가장 큰 경사각 180°에서의 플럭스 값을 NCIF의 유발이 없는 0°에서의 값과 비교한 결과, 2시간의 단기간 운전에서는 플럭스 향상성이 5배, 20시간의 장기간 운전에서는 17배까지 증가하였다. 막힘여과 모델을 적용하여 NCIF의 유발에 따른 플럭스 증가 효과를 해석한 결과, 운전시간 15분 이내에서는 중간막힘 모델 그 이후에는 케이크여과 모델로 해석하는 것이 타당하였다. 막모듈 경사각 180°에서 유발된 NCIF는 15분 이내의 운전 초기에는 중간막힘 오염을 67%까지 감소시키고, 그 이후의 운전 시간에서는 케이크층 오염을 99.9%까지 감소시켰다. 따라서 막모듈에 유발된 NCIF의 주된 막오염 제어 기작은 케이크층 형성을 억제시키는 것이었다.

In this study, the CFD analysis was performed by changing the geometry of coil-tube diameter ratio, coil winding number, coil pitch, and cross section of the tube to investigate the heat flow characteristics of forced convection in a helical coil-tube heat exchanger using RSM (Reynolds Stress Model). As a result, the secondary flow was developed in the tube caused by the influence of centrifugal force. It improved the heat transfer on the outer side of the tube, but on the inner side was not performed well. And the temperature rose locally in the tube region. Also the pressure drop in the tube was proportional to the diameter ratio of the coil-tube and the inlet velocity, and it was found that pressure drop and friction factor were inversely proportional. When the coil winding number and coil pitch were increased, it affected heat transfer in the low speed range of 0.1 ~ 0.2 m/s, but did not affect the flow condition after this range.

In this work, we studied systematically the effects of NCIF on defouling for a range of solutes that foul (BSA protein) and form cakes (alumina colloids) on the membrane thereby causing severe reduction in the flux. Changing the gravitational orientation of the batch cell induces NCIF in the membrane module and higher inclined angle offers stronger NCIF. This induced NCIF enhances back transport of the deposited solutes away from the membrane surface, therefore gives for the improvement of membrane performance. The flux results according to the inclined angles (from 0° to 180°) of the batch cell were analyzed by the pore blocking filtration model. It was shown that NCIF reduced the fouling of intermediate pore blocking by about 66% at the beginning of UF operation, and thereafter reduced the fouling of cake filtration by about 98%.

In this work, the natural convection in an annulus between two concentric cylinders is studied numerically. The fluid flow between the cylinders is solved by the lattice Boltzmann method (LBM) while a separate finite difference method (FDM) is used to solve the heat transfer. No-slip and constant boundary conditions at curved boundaries of the cylinders are treated with a smoothed profile method (SPM). At first, the velocity and temperature profiles obtained from the present LBM-SPM and FDM-SPM are validated with the corresponding theoretical results. Later, natural convection simulations inside the annulus are performed using coupled scheme of LBM-FDM-SPM by varying Ra in the range Ra=1000, Ra=10000, Ra=50000, and Ra=100000. From the temperature and fluid flow patterns obtained at different Ra, it is found that the heat transfer is mainly dominated by conduction process when Ra is low and by convection process when Ra is high.

The aim of this study is to describe the physical processes taking place in the solar photosphere. Based on 3D hydrodynamic simulations including a detailed radiation transfer scheme, we investigate thermodynamic structures and radiation fields in solar surface convection. As a starting model, the initial stratification in the outer envelope calculated using the solar calibrations in the context of the standard stellar theory. When the numerical fluid becomes thermally relaxed, the thermodynamic structure of the steady-state turbulent flow was explicitly collected. Particularly, a non-grey radiative transfer incorporating the opacity distribution function was considered in our calculations. In addition, we evaluate the classical approximations that are usually adopted in the onedimensional stellar structure models. We numerically reconfirm that radiation fields are well represented by the asymptotic characteristics of the Eddington approximation (the diffusion limit and the streaming limit). However, this classical approximation underestimates radiation energy in the shallow layers near the surface, which implies that a reliable treatment of the non-grey line opacities is crucial for the accurate description of the photospheric convection phenomenon.

The heat generated by the internal electro-mechanical device is not transferred to the outside, to degrade the performance of the electronic device, or the cause of failure. Heat sinks are used to control the heat. Thermal performance of the heat sink of the pine type and pin type was analyzed using ANSYS software. The numerical results were compared with the thermal performance of the pine type and pin-type heat sink. The results of the numerical simulation showed that Pine type heat sink showed an approximately 58 percent better heat transfer rate with forced convection than Pin type heat sink.

In this study, the heat flow characteristics of natural convection was theoretically analyzed with time by changing various locations of heat trace with tube surface about enclosed circular tube by applying nominal tube diameter 90 mm of KS D 3507. Before carrying out CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis, it is presumed that the boundary condition is the tube’s inside and outside fluid temperature of 273 °K, the tube surface heat flux according to the heat trace location of 16 W/m. The result confirmed that water of inside tube is occurred natural convection caused by density difference depending on temperature profile. Additionally, in case of heat trace location, the heat transfer and flow characteristics showed clearly that two-heat trace location =135° and 180° was more favorable distribution than one-heat trace appropriate location =135°.

실리카 콜로이드 용액의 정유량 한외여과에서 중력 방향에 대한 막모듈의 위치(경사각) 변화에 따라 발생되는 자연대류 불안정 흐름의 막오염 저감효과를 차압의 변화 정도를 측정하여 규명하였다. 막표면에 케이크 층을 형성함으로서 막오염을 발생시키는 나노 사이즈의 실리카 입자(평균 크기 = 7, 12, 22, 50 nm 및 78 nm)가 함유된 5가지 종류의 콜로이드 용액을 사용하여 중력 방향에 대한 막모듈의 위치(경사각 = 0˚~180˚)에 따른 차압의 변화를 교반이 없는 dead-end 정유량 한외여과 실험을 통해 측정하였다. 상대적으로 크기가 작은 실리카 입자(7, 12 nm 및 22 nm)가 함유된 콜로이드 용액의 정유량 한외여과에서 막모듈 경사각을 30˚ 이상으로 유지하면 막모듈에 자연대류 불안정 흐름이 발생되어 막오염 형성을 크게 억제시켜 차압의 증가가 거의 나타나지 않았다. 이 자연대류 불안정 흐름의 발생은 막표면에 형성된 실리카 케이크층의 벌크용액으로의 역이동(back transport)을 유발시킴으로서 차압의 증가를 억제시키는 막성능 개선 효과를 나타내었다. 그러나 상대적으로 크기가 큰 실리카 입자(50 및 78 nm)가 함유된 콜로이드 용액의 정유량 한외여과에서는 자연대류 불안정 흐름 발생의 효과가 거의 없었다. 임계 플럭스 측정 결과 실리카 입자의 크기가 작을수록 그리고 막모듈 경사각이 클수록 막모듈에의 자연대류 불안정 흐름의 발생 강도가 커져 막오염 형성이 억제되었으며, 이로 인해 임계 플럭스가 증가하였다.

실리카 콜로이드 용액의 한외여과에서 중력 방향에 대한 막모듈의 위치(경사각) 변화에 따라 발생되는 자연대류 불안정 흐름이 막오염 형성 감소에 미치는 효과를 규명하였다. 막표면에 케이크 층을 형성함으로써 막투과 플럭스의 감소를 발생시키는 실리카 입자(평균 크기 = 7, 12, 22, 50 및 78 nm)가 함유된 5가지 종류의 콜로이드 용액을 사용하여 중력 방향에 대한 막모듈의 위치(경사각 = 0~180℃)에 따른 막투과 플럭스 변화를 교반이 없는 회분식(dead-end) 한외여과 실험을 통해 측정하였다. 자연대류 불안정 흐름 발생이 막성능에 미치는 효과는 플럭스 향상도(Ei)로서 평가하였다. 상대적으로 크기가 작은 실리카 입자(7, 12 및 22 nm)가 함유된 콜로이드 용액의 한외여과에서는 막모듈의 경사각이 커짐에 따라 자연 대류 불안정 흐름 발생의 강도가 증가하였으며, 동일한 경사각에서 실리카 입자의 크기가 작을수록 자연대류 불안정 흐름의 발생 정도가 더 크게 나타났다. 자연대류 불안정 흐름의 발생은 막표면에 형성된 실리카 케이크층의 벌크 용액으로의 역이동(back transport)을 유발시킴으로써 플럭스 향상의 막성능 개선 효과를 나타내었다. 그러나 상대적으로 크기가 큰 실리카 입자(50 및 78 nm)가 함유된 콜로이드 용액의 한외여과에서는 자연대류 불안정 흐름 발생이 나타나지 않았다. 이 결과로부터 실리카 입자의 크기가 자연대류 불안정 흐름의 발생 강도에 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다.

고준위 방사성 폐기물 처분장의 경우 폐기물의 방사성 붕괴에 의해 열이 발생되며, 암반을 통한 열전달 에 의해 처분장 주변 환경이 변화됨으로써 처분장의 안전성에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 지하 처분장 대기의 열전달계수를 결정하는 것은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 Korea Atomic Energy Research Institute Underground Research Tunnel (KURT)에서 내부 환경 인자들의 측정을 통해 강제대류시 열전달계수를 산정하였다. 실험을 위해 KURT 내 히터구간의 막장 벽면에는 길이 2 m, 용량 5 kw의 히터를 삽 입하여 암반 내부를 90℃로 가열하였고, 외부와 연결된 급기용 팬에 의해 신선한 공기를 공급하였다. 연구 결과, 외부공기 공급 후 히터구간 대기의 기류속도는 평균 0.81 m/s로 측정되었고 레이놀즈수는 약 310,000 340,000의 값을 나타냈다. 그리고 강제대류조건에서 히터구간 내 계절별 열전달계수는 각각 여 름철 7.68 W/m2·K와 겨울철 7.24 W/m2·K의 수치를 나타냈다.