분극곡선과 전기화학 임피던스 분광법을 통한 고분자 전해질 연료전지 저항 분리에 대한 연구

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :공과대학 기계항공공학부,2019. 8. 민경덕.The separation of resistance is a main issue to improve the performance of a polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell. To separate the resistance, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and polarization curve are the major methodologies. In addition, to analyze the EIS, an equivalent circuit is selected; therefore, it is also a major issue. Although it has been an object of study for a long time; less attention has been given to separate the resistance, including the protonic resistance in the cathode catalyst layer (CCL). In this study, to separate the total resistance, a new method using the polarization curve and EIS was suggested for various operating conditions. Then, the overpotential was estimated to investigate the effect of each resistance. First, a general solution was derived using the recursion formula to fit the Nyquist plot of the EIS. Second, to separate the total resistance, a polarization curve and EIS with an approximated solution were used. The error of the total resistance from the approximated solution at a RH 80 and 100% were around 1.5 and 1%, respectively. In addition, each resistance from the polarization curve was well matched with the EIS results (R2 > 0.995 and RMSE < 0.01). Protonic resistance in the CCL was significantly changed by the water content. To fully consider the relationship between diffusion and the effective protonic resistance in the CCL, these experiments were carried out in the Heliox condition. As the effective diffusion coefficient increased, the effective protonic resistance in the CCL decreased under high current density region due to the migration of the reaction points. The overpotential by the charge transfer resistance had the largest contribution (46.5 ~ 86.9%), and the overpotential by the ohmic resistance linearly increased with the current density. This study can help to identify the effect of the resistance in terms of the voltage and to improve the performance of PEM fuel cells.고분자전해질 (PEM) 연료전지 내에서 발생하는 저항의 분리는 연료전지의 효율 및 성능을 향상 시키기 위한 핵심적인 사안이다. 고분자전해질 연료전지의 저항을 분리하기 위해서는 보통 전기화학 임피던스 분광법 (EIS: electrochemical impedance spectroscopy) 과 분극곡선 실험 방법이 많이 사용된다. 이 과정에서, 전기화학 임피던스 분광법의 분석 과정에서 등가회로 선택이 필요하기에, 이에 대한 연구 역시 많이 언급되는 사안이다. 저항의 분리에 대해 연구가 계속 되었으나 촉매층 내 실효 양성자 이동 저항 (effective protonic resistance in cathode catalyst layer) 을 포함한 저항의 분리에 대한 연구는 부족한다. 따라서 본 연구에서는, 분극 곡선과 전기화학 임피던스 분광법을 이용한 고분자 전해질 연료전지 내에서 발생하는 저항을 분리하는 몇 가지 방법을 제안하였다. 이를 전류 밀도와 가습 조건에 따라 수행하였으며, 이를 통해 과전압 (overpotential) 을 계산하여, 각 저항이 성능에 미치는 영향을 전압의 관점에서 분석하였다. 우선 등가회로와 점화식을 이용하여 일반해를 유도하였고, 이를 통해 전기화학 임피던스 분광법의 결과인 Nyquist plot 에 대응시켰다. 이후 전체 저항을 저항으로 나누기 위하여, 전송 선로 모델 내의 분산된 저항을 근사해를 사용하여 분극 곡선의 저항에 대응시켰다. 근사해를 통해 구한 전체 저항의 오차는 상대습도 80, 100% 에서 각각 1.5, 1% 안팎의 오차를 가졌다. 이 분석 방법을 바탕으로 저항과 과전압의 분석이 진행되었다. 막 저항 대비 수분 함유량의 변화에 따른 촉매층 내 실효 양성자 이동 저항이 더 크게 변함을 확인하였다. 본 결과와 관련하여, 헬륨을 이용해 산소의 확산을 달리하여 실험을 수행하였고, 이를 통해 산소 분자의 이동 거리가 달라짐에 따라 촉매층 내 실효 양성자 이동 저항이 낮아짐을 확인하였다. 한편 과전압을 통한 분석에서 전하 이동 저항에 따른 과전압이 가장 컸음을 (46.5 ~ 86.9%) 확인하였고, 옴 저항에 따른 과전압이 전류 밀도에 따라 선형적으로 증가함을 확인했다. 본 연구는, 고분자전해질 연료전지에서 발생하는 저항을 분리 및 분석하였다. 저항 분리를 위해 전기화학 임피던스 분광법과 분극 곡선이 사용되었으며, 이를 통해 두 가지 방법을 제시하였다. 결과적으로, 저항 이동 저항, 고주파 저항, 촉매층 내 실효 양성자 이동 저항, 물질 이동 저항으로 나누었으며, 이를 바탕으로 과전압 관점에서의 전압 손실도 확인했다. 저항 및 과전압의 분석에 대한 본 연구는, 고분자전해질 연료전지의 성능 개성을 위한 연구에 도움이 될 것이다.Contents Acknowledgement i Abastract iii List of Figures vii List of Tables ix Nomenclature x Chapter 1. Introduction 1 1.1 Background 1 1.2 Literature review 3 1.2.1 Electrochemical impedance spectroscopy of PEM fuel cells 3 1.2.2 Protonic resistance in the cathode catalyst layer 4 1.2.3 Effect of the current density and relative humidity on the resistance 7 1.2.4 Correlation of EIS with polarization curve 8 1.3 Objective 10 Chapter 2. Experimental setup and assumptions 12 2.1 Experimental conditions and assumptions 12 2.2 Experimental setup 14 Chapter 3. Impedance model 19 3.1 Electrical equivalent circuit 19 3.2 General solution 21 3.3 Resistance separation using EIS 23 3.4 Validation of the recursion formula 27 3.5 Resistance separation using the correlation between the EIS and polarization curve 30 Chapter 4. Experimental results and discussion 36 4.1 Comparison of the EIS and the polarization curve 36 4.2 Comparison of the effective protonic resistance in the CCL and the membrane resistance with the RH and current density 37 4.3 Analysis of the overpotential 40 Chapter 5. Conclusion 45 Bibliography 47 국 문 초 록 53Maste

유럽방송쿼터에 관한 연구

학위논문 (석사)-- 서울대학교 행정대학원 : 행정학과(정책학전공), 2015. 2. 김동욱.미디어콘텐츠산업에서 세계 최고의 경쟁력을 가진 미국과 기타 일부 나라를 제외하면, 전세계 거의 모든 나라가 방송쿼터를 운용하고 있다. 방송쿼터의 정당성에 대한 주장은 다양하다. 그러나 그 효과성에 대해서는 논란이 분분하다. 이 논문은 유럽연합을 사례로 삼아 방송쿼터의 효과성을 탐구한 것이다. Vedung이 제시한 과정평가의 분석틀에 따라 유럽방송쿼터가 탄생한 역사적 맥락과 정책참여집단, 정책의 설계 및 집행과정, 정책대상의 반응 등을 분석했다. 유럽방송쿼터는 유럽의 정체성을 고양함으로써 유럽연합의 결속을 다져보자는 정치적 동기에서 출발해, 시장을 보호하고 유럽의 산업을 육성하자는 정책으로 발전했다. 정보통신기술 혁명이 초래한 콘텐츠의 상대적 희소성을 극복하고자 했던 이 규제정책은 방송의 사회문화적 가치를 강조하는 집단과 산업으로서의 방송을 강조하는 집단의 갈등 속에서도 20여년 동안 큰 변화 없이 유지돼 왔다. 이 논문의 분석 결과, 유럽방송쿼터의 시장보호 효과는 어느 정도 존재하는 것으로 나타났다. 그러나 산업경쟁력의 제고라고 하는 궁극적 목적을 달성하는 데는 한계가 있는 것으로 분석됐다. 이 논문이 시사하는 함의는 방송쿼터규제를 시행하고 기다린다고 해서 미디어콘텐츠산업의 경쟁력이 저절로 제고되지는 않는다는 것이다. 그 보호정책의 울타리 속에서 얼마나 효과적으로 시장의 경쟁을 촉진할 수 있는가의 여부가 정책의 성패를 가늠하는 관건이 된다는 것이다.Except the USA that has the leading Media-Content Industries, most countries in the world enforce the broadcasting regulation on local content requirements, i.e., broadcasting quotas. There might be a long catalogue of justifications for the need of its regulatory enforcement, yet there have also been plenty of the controversies regarding the extent of its effectiveness. This thesis tried to tackle with the contentious issues on the effectiveness of broadcasting quotas, mainly focusing on the case of European Union, and using the process evaluation framework presented by Evert Vedung. This thesis tried to look deeply into various aspects of European broadcasting quotas, such as the historical context, policy design, implementation process, and addressee responses. The European broadcasting quotas was initiated with the political motivation to create European Identity and to build ever closer union. It then evolved into a regulatory commitment, so as to protect the market and to foster the industrial growth. This quotas regulation, which aimed to get over with the broadcasting contents scarcity problem, triggered by the revolution of Information and Communication Technology, have maintained its policies over 20 years, in the middle of ongoing disputes between the one group accentuating the broadcasting as a social/cultural media, and the other group placing emphasis on the broadcasting as an industry with high growth potentials. The results of analysis showed that the broadcasting quotas had a mild effect on the protection of the markets. However, it does not seem to have strengthened the competitive advantage of the European industry. This thesis argues that the mere protection of the market does not necessarily lead to enhancement of industrial competitiveness. The competition within the secured market may be the critical factor which can foster the sustainable growth of an industry.제1장 서론 1 제1절 연구의 목적 1 제2절 연구의 범위와 방법 3 1. 연구의 대상과 범위 3 2. 연구의 방법 4 제2장 선행연구의 검토와 분석틀 5 제1절 선행연구의 검토 5 1. 방송쿼터의 정당성과 효과성 5 2. 각국의 방송쿼터 14 3. 유럽연합의 방송쿼터 17 제2절 연구의 분석틀 26 1. 과정평가의 분석틀 26 2. 연구문제 28 제3장 유럽방송쿼터의 집행 및 실적 30 제1절 유럽방송쿼터 제1기 (1991년~1998년) 30 1. 국경 없는 방송의 도래와 유럽방송쿼터의 도입 30 2. 쿼터 50%의 결정: 英∙佛 대립과 미국의 개입 34 3. 유럽방송쿼터 제1기의 집행경과 37 4. 소결: 정치적 명분 속에서 추진된 산업보호정책 43 제2절 유럽방송쿼터 제2기 (1999년~2009년) 46 1. 규제개혁의 시도와 무산 46 2. 유럽방송쿼터 제2기의 집행경과 56 3. 소결: 유럽방송쿼터 규제개혁 무산의 의미 60 제3절 유럽방송쿼터 제3기 (2010년 이후) 63 1. 뉴미디어 서비스의 규제 논란 63 2. 수평적 규제의 탄생 64 3. 시청각미디어 서비스지침의 제정과 규제 현황 66 4. 소결: 규제강화와 완화의 양면성 67 제4장 유럽방송쿼터의 정책평가 69 제1절 유럽방송쿼터의 정책비용 69 1. 신생 방송사에 대한 진입장벽 69 2. 콘텐츠 공급난(supply problem) 70 3. 유럽산 콘텐츠의 가격 상승 72 4. 소비자 후생의 감소 72 제2절 유럽방송쿼터의 시장지표 74 1. 유럽의 세계시장점유율 74 2. 유럽 미디어콘텐츠기업의 규모 76 3. 방송부문 대미 콘텐츠 무역적자 76 4. 시장보호의 효과 77 제3절 유럽방송쿼터의 과정평가 80 1. 정책변화의 방향과 크기, 참여 80 2. 정책설계: 목표의 명료성과 이론적 타당성 82 3. 정책집행: 정책산출과 정책효과의 괴리 85 4. 정책대상의 반응: 경제적 유인 86 제 5장 결론 88 1. 요약 88 2. 함의 89 3. 연구의 한계 90Maste

Investigation of display design parameters IN CRT-based production process-control operations

Maste

Finite element modeling for ultrathin and thick steel sheets

DoctorThe present study aims to analyze the specific problems associated with the use of shell elements, which are commonly used in industry, for finite-element (FE) simulation of ultrathin and thick steel sheets. For ultrathin materials, the constitutive description of a 0.1-mm-thick ferritic stainless-steel sheet was optimized for application to springback simulations after bending. Springback simulations require the Bauschinger effects to be carefully characterized, which is a challenging task with an ultrathin sheet because of the overwhelming occurrence of buckling during compression loading. The coefficients of the homogeneous anisotropic hardening (HAH) distortional plasticity model, which accounts for reverse loading effects, were calibrated with Zang’s novel approach based on three-point bending tests conducted on pre-strained sheets [S.L. Zang, 2014]. The Hockett–Sherby isotropic hardening law and the Yld2000-2d non-quadratic yield function were considered in this study to complete the HAH framework. Moreover, the degradation of the elastic modulus was accounted for in the FE simulations. The coefficients of the HAH model were calibrated using an inverse method by minimizing the difference between the experimental and predicted specimen profiles after three-point bending and springback of pre-strained sheets. To validate the coefficients determined from three-point bending, U-draw bending tests were conducted and FE simulations were carried out. The springback predictions were found to be in good agreement with the experimental results for all three pre-strains investigated, i.e., 0% (as-received material), 7.5%, and 12.5% pre-strained ferritic stainless-steel sheets. This study clearly indicates that the use of shell elements in the FE modeling of thin sheet metal forming is not limited by the inherent plane stress assumption of the shell approach alone but also by the challenge of testing the material in question. Very thin sheets are highly vulnerable to specimen buckling and edge quality issues. As a result, test analysis is not straightforward and requires the use of advanced mechanical and computational tools to extract the suitable data and develop sets of constitutive coefficients appropriate for forming process simulations. Limits to the application of shell elements in thick sheets were investigated with three different hot-rolled steel sheet samples (about 3.0-mm thickness). Since the formulation of shell elements is based on the plane stress assumption, this approach for the simulation of thick sheet forming seems unreasonable. An in-depth level of investigation was performed by categorizing forming modes into tension and bending modes. The Swift hardening law and the Yld2004-18p yield function were considered for constitutive modeling in this study. In the tension mode, the load predicted with shell elements dramatically decreased after the maximum load, because the evolution of the hydrostatic stresses could not be fully considered. Taking the examples of uniaxial and plane strain tension tests, the lack of hydrostatic stress was compensated for by using strain hardening and strain rate sensitivity corrections. These methods successfully postponed plastic flow localization and led to load predictions that were in good agreement with solid element simulations and experiments. In the bending mode, taking the example of a stretch bending test, the behavior of the shell elements was analyzed. It was found that the predicted failure area based on the shell elements was different from that of the solid elements and the experiments. Because the flow stresses of the shell elements were overpredicted in the bending mode, a correction in the form of thickness reduction in the bend area was adopted to force plastic flow localization to occur in the bending region. This method provided a reasonable failure region and load prediction for the shell elements in the bending mode. It was shown that the methods proposed for these two modes are compatible and can be operated simultaneously. This study clearly demonstrates the limitations of using shell elements in the FE modeling of thick sheet metal forming applications owing to the inappropriate nature of the plane stress assumption, which cannot capture all physical phenomena during a boundary value problem. Nevertheless, a detailed outline of a methodology that is implemented in an FE code for general sheet metal forming process simulations to compensate for the limitation of the shell elements was developed. This methodology is expected to provide the industry with an improved framework for conducting numerical simulations with shell elements. Although not physical, such simulations are time-efficient for large practical problems

An NMR study on molecular motion of n-undecane-6- C in solution state

Thesis (master`s)--서울대학교 대학원 :화학과 물리화학전공,1996.Maste

Reverse loading parameter determination for ultra-thin steel sheets

MasterIn the present study, the springback profiles of pre-strained ultra-thin steel sheets after the three-point bend test are measured and predicted with a finite element (FE) analysis. Various constitutive models are considered in the FE simulations: Two yield criteria based either on the von-Mises isotropic or the non-quadratic Yld2000-2d anisotropic yield functions are employed. Strain hardening is assumed to be either isotropic or captured by the homogeneous anisotropic hardening (HAH) model. The change of Young’s modulus is also considered for further refinement. Based on the comparison between the experimental and predicted springback profiles obtained for an ultra-thin 470FC2-1 ferritic stainless steel sheet sample, the hardening parameters of the homogeneous anisotropic hardening (HAH) model are calibrated and validated using an inverse method. Among the different constitutive model combinations investigated in this study, the isotropic hardening (IH) model associated with the elastic modulus change (E_var) leads to the best prediction results compared to the other material descriptions, in particular those including HAH. In other words, the consideration of reverse loading behavior does not seem to improve the modeling of the three-point bend test of ultra-thin sheets significantly. It is also found that planar anisotropy based on Yld2000-2d leads to slightly better springback predictions compared to those based on the isotropic von-Mises description

Mean Line Design and Numerical Performance Analysis of An Axial Flow Gas Turbine for A Nitrogen Brayton Cycle coupled with A Sodium-cooled Fast Reactor

MasterIn order to eliminate nuclear safety concerns to sodium water reaction in sodium-cooled fast reactor (SFR), a nitrogen (N2) gas Brayton cycle has been considered as an alternative option for the current steam Rankine cycles. Although a turbine is a main component of power conversion systems, there have been rarely reported about detailed turbine design or performance analysis of N2 gas Brayton cycles for SFR applications. Therefore, the objectives of this thesis are to conduct detailed aerodynamic design and performance prediction of an axial turbine for the KALIMER-600 N2 gas Brayton cycle. Prior to proceeding a detailed design and performance analysis of an axial turbine, an one-dimensional (1D) mean line design code was developed in FORTRAN language to conduct preliminary design and parametric studies. The mean line design point of the KALIMER-600 N2 gas Brayton cycle turbine was determined as flow coefficient 0.48, stage loading coefficient 1.0 and stage reaction 0.5. A three stage axial turbine was determined from the preliminary 1D design and three-dimensional (3D) turbine blade design was done by using the free vortex design method. Utilizing the CFX code, 3D numerical simulations of the designed three stage axial turbine were proceeded. From the computational fluid dynamics (CFD) analysis, flow structures, entropy distributions, mid-span Mach numbers and stage loading distributions of the turbine were investigated. The three stage turbine was expected to be able to extract 636.74 MWth of thermal power and to have 94.36% total-to-total efficiency.소듐 냉각 고속로는 4세대 원자로 중 가장 유망한 노형 중 하나로서 핵 확산의 위험도가 낮으며, 사용후 핵연료를 재사용 할 수 있으므로 사용후 핵연료의 양을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 그러나 기존 원자로에서 사용되고 있는 증기 랭킨 사이클을 소듐 냉각 고속로의 동력 변환 계통으로 채택할 경우, 중간 열 교환 계통에서 균열이 있을 때 소듐과 물의 반응으로 인한 심각한 사고가 발생할 위험성이 있다. 따라서 소듐-물 반응으로 인한 사고 위험성을 없애기 위하여 가스 브레이튼 사이클을 소듐 냉각 고속로의 동력 변환 계통으로 활용하는 방안들이 제안되었다. 현재 고려되고 있는 주요 작동 유체로는 초임계 이산화탄소, 헬륨, 질소가 있는데 사이클 열효율 측면에서 초임계 이산화탄소 브레이튼 사이클이 가장 우수한 후보이다. 하지만 고온 환경에서는 이산화탄소도 소듐과의 반응성이 있다는 연구 결과들이 보고 되었으며, 초임계 이산화탄소는 임계점 부근에서 급격한 물성치의 변화로 인하여 사이클 구성 기기의 설계를 위한 기술 개발이 필요한 상황이다. 헬륨과 질소는 모두 화학적으로 비활성 가스이므로 소듐과의 반응성이 전혀 없어서 안전 측면에서 강점이 있다. 소듐 냉각 고속로는 터빈 입구 온도 500~550℃ 조건에서 작동하고, 이 조건에서는 질소 브레이튼 사이클이 헬륨 브레이튼 사이클보다 열효율이 우수하므로 증기 랭킨 사이클을 대체하기 위한 소듐 냉각 고속로의 동력 변환 계통으로 적합하다. 동력 변환 계통을 구성하기 위해서는 사이클 구성 기기의 성능에 대한 해석이 필수적이다. 하지만 현재까지 발표된 연구 결과들에서는 소듐 냉각 고속로의 질소 동력 변환 계통을 위한 구성 기기들의 예비 설계안 위주로 제시되었으며, 상세한 성능 분석이나 설계 결과에 대한 내용이 부족하였다. 따라서 본 연구에서는 KALIMER-600 질소 브레이튼 사이클의 주요 구성 기기 중에서 터빈의 3차원 상세 설계와 성능 해석을 진행하였다. 터빈의 상세 설계를 진행하기에 앞서, 터빈의 속도 삼각형과 개략적인 사이즈를 결정하기 위하여 포트란으로 축류형 터빈의 평균 반경에서의 1차원 설계 전산 코드를 개발하였다. 터빈의 1차원 설계 코드는 단열, 정상 상태, 일정한 축방향 유속, 일정한 평균 반경, 반복 다단 조건을 가정하였으며, 평균 반경 손실 모델을 활용하였다. 반복 다단 조건에서 터빈의 속도 삼각형은 무차원 설계 변수인 유량 계수, 단 부하 계수, 반동도로 결정할 수 있다. 1차원 코드를 활용한 예비 분석을 통하여 평균 반경에서 유량 계수 0.48, 단 부하 계수 1.0, 반동도 0.5를 터빈 설계점으로 선정하였다. 또한 터빈의 단 수를 결정하기 위해 2단, 3단, 4단 터빈의 예비 설계 결과들을 비교하였다. 4단 터빈으로 설계할 경우, 마지막 단에서 회전 블레이드의 허브-팁 반경비가 너무 작아 자유 와류 설계법을 적용했을 때 회전 블레이드 허브에서 반동도가 음수가 되는 물리적으로 맞지 않는 결과가 도출되었다. 2단과 3단 터빈은 모두 가능한 후보인데 터빈 내부 유동의 마하 수를 감소시키기 위하여 최종적으로 3단 터빈으로 결정하였다. 무차원 설계 변수로부터 결정된 속도 삼각형에 대하여 3단 터빈의 블레이드 종횡비에 따른 터빈 효율의 변화를 조사하였으며, 최종적으로 고정 블레이드와 회전 블레이드의 종횡비가 각각 1.6, 1.2인 3단 축류형 터빈으로 예비 설계안을 도출하였다. 터빈 예비 설계 결과를 바탕으로 터빈 내부 유동의 3차원 전산 유체 역학 해석을 위한 블레이드 형상 모델링을 진행하였다. 터빈 블레이드 단면 형상 모델링은 ANSYS BladeGen을 사용하였고, 격자는 CFX TurboGrid의 ATM 을 활용하여 육면체 격자를 생성하였으며, 전산 해석은 CFX를 사용하였다. 터빈 블레이드의 3차원 설계는 자유 와류 설계법을 적용하였고, 회전 블레이드의 팁 간극은 블레이드 높이의 1%로 주었다. 소듐 냉각 고속로의 질소 브레이튼 사이클에서 터빈 입구 압력은 16 MPa 이상으로 매우 고압이고, 이와 같은 고압 조건에서는 가스를 이상기체로 가정할 수 없다는 연구 결과를 기반으로 터빈 작동 유체는 Peng-Robinson의 모델을 사용하는 실제 질소 기체로 선택하였다. 또한 모든 벽면은 단열 조건을 주었으며, 블레이드의 원주 방향으로는 주기 조건을 적용하였다. SST 난류 모델을 사용하여 전산 유체 역학 해석을 진행하였으며, 총 5가지 경우의 격자 의존 시험을 한 결과, 각 유동 도메인의 격자 요소의 수가 약 700만 개 이상이면 격자 수에 대한 민감도가 거의 없음을 확인하였고 따라서 모든 후처리는 이에 대하여 진행하였다. 터빈 내부 유동의 3차원 유선 분포로부터 회전 블레이드 입구 유동각이 허브부터 팁까지 블레이드의 높이 별로 잘 맞는 것을 확인하였고, 블레이드 출구에서 유동의 재부착이 거의 발생하지 않음을 확인하였다. 하지만 2단과 3단의 고정 블레이드 팁 부근에서 2차 유동이 발생하여 원인 분석을 위해 엔트로피 분포를 조사하였다. 엔트로피는 10% 스팬, 평균 반경, 90% 스팬에서 2차원 분포도와 속도 벡터를 함께 도시하여 분석하였다. 모든 스팬에 대하여 고정 블레이드 입구 유동각과 정체점의 위치가 거의 동일함에도 불구하고 2단과 3단의 고정 블레이드 팁 부근에서만 2차 유동이 크게 발생하는 것으로부터 회전 블레이드 팁에서 누설 유동으로 인한 와류가 그 다음 단의 고정 블레이드 입구에서 유동을 교란하였기 때문인 것으로 파악하였다. 이를 뒷받침 하기 위하여 2단의 회전 블레이드와 3단의 고정 블레이드 사이의 유선 분포로부터 2단 회전 블레이드 팁에서 발생한 와류가 3단 고정 블레이드 팁 부근에서 입구 유동을 방해함을 확인하였다. 터빈 내부 유동의 마하 수가 증가하면 압축성 효과로 인하여 터빈 효율의 손실이 발생한다. 이를 방지하기 위해 터빈 평균 반경의 마하 수를 0.4 이하로 유지하는 것이 기존에 제안되었다. 따라서 설계된 3단 터빈의 평균 반경 마하 수가 블레이드 끝단의 극히 일부분을 제외하고 모든 지점에서 0.4 이하가 됨을 확인하였다. 또한 각 단의 전엔탈피 강하량이 큰 차이 없이 거의 일정함을 보였고, 이 결과는 반복 다단 설계와 부합한다. 3차원 전산 유체 역학 해석을 진행한 결과 KALIMER-600 질소 브레이튼 사이클을 위한 3단 축류형 터빈의 열 출력은 636.74 MWth, 전엔탈피 기준의 효율은 94.36%가 될 것으로 예측되었다

무선 장치용 임피던스 조정 가능한 적응형 안테나 연구

DoctorIn this dissertation, intelligent radio reconfigurable antenna topologies for present and future networks have been studied since the real-estate allowed for the antennas in recent mobile devices continues to shrink and the manufacturing accuracy issue is expected as the wavelength of the interest frequency is getting shorter. The object of this dissertation is to conduct efficient antenna topologies and operation methods covering from 4G to 5G and 6G for mobile devices. All studies feature the ability to reconfigure the frequency properties of the proposed antennas. Each study can be integrated with each other as separate functions in one device. First, a symmetrically crossed-loop antenna featuring very high radiation efficiency across the entire LTE frequency bands for metal rimmed smartphones with only 2 mm ground clearance is devised, analyzed, and verified. Empirical analysis confirms the crossed-loop topology results in a 180° phase shift of the electric current distribution on the ground plane, resulting in enhancement of the radiation resistance. Second, a low-profile 2 by 2 multi-input multi-output (MIMO) antenna topology that is fully functional over the entire long-term evolution (LTE) spectrum is described. The presented methodology entails utilizing the longitudinal edges of the mobile devices amid an extremely narrow ground clearance of 2 mm. The metallic rim of the smartphone is utilized along with stub lines and a switching circuit to devise a reconfigurable unified loop antenna topology. Third, a frequency reconfigurable planar folded slot antenna (PFSA) system featuring a low profile that is applicable to real-life smartphone platforms at millimeter-wave (mmWave) 5G spectrum is studied. Critical challenges that are attributed to the frequency discrepancy between the 4G LTE and 5G millimeter-wave spectrum are discussed. The presented methodology entails using a multi-throw chip directly on a transmission line, which enables a bistate function. Fourth, a new kind of adaptive 5G antenna-in-package (AiP) system consisting of three functional parts is devised and verified. The RF performance is highly dependent on the specific antenna package methodology at millimeter-wave spectrum. For the first time in literature, an RFIC and the TMN are integrated for efficient operation at millimeter-wave spectrum that is applicable to real-life 5G mobile devices. Furthermore, the devised AiP topology enables independent frequency control at multiple frequencies. The proposed solution is simulated and measured at the system level. Finally, antenna manufacturing techniques and expected issues for antenna design in future networks such as 6G will be discussed since the movement of higher frequencies such as sub-THz is inevitable due to the ever-increasing trend in data capacity and emerging new applications.본 논문은 무선 통신 시스템을 위한 안테나 설계 및 주파수 조정기법 연구이다. 최근 모바일 장치에서 안테나에 허용된 공간은 점점 축소 되고 있으며, 관심 주파수의 파장이 점점 짧아지고 있기 때문에 제조 공정에서 정확도 문제가 발생 될 수 있다. 따라서, 본 논문의 목적은 4G에서 5G 그리고 6G에 이르기 까지 모바일 장치에서 이용 가능한 효율적인 안테나 설계 및 재구성 기법을 수행을 하는 것이다. 본 논문에서 연구된 안테나는 주파수 특성을 재구성하는 기능을 갖는다. 또한 각 연구는 하나의 장치에서 별도의 기능으로 서로 통합 될 수 있다. 첫째, 넓은 화면을 특징으로 하는 단말기 환경에서 동작 가능한 안테나가 연구된다. 안테나와 그라운드의 간격이 2 mm인 조건으로 높은 효율을 타나낼 수 있는 대칭적 구조의 루프 안테나가 분석되고 검증된다. 그라운드와 안테나간 전류 분포 위상을 동위상으로 만드는 방법론을 제시하여 방사효율 저하를 최소화한다. 둘째, 5G와 4G의 공동 배치를 고려한 안테나가 연구된다. 기존 4G 안테나는 상/하 배치가 그라운드 모드 특성으로 인해 선호되어 왔지만, 4개의 안테나를 통해 좌/우 측면 배치를 가능하게 하여 안테나 설계의 유연성을 높히게 된다. 모바일 장치내 그라운드와 안테나간 간격이 2 mm인 공간을 제약조건으로 LTE 전대역 동작 가능한 안테나 기법에 대해 연구된다. 셋째, 처음으로 능동 소자를 이용 밀리미터파 대역에서 주파수 조정 가능한 기법에 대해 연구된다. 4G 주파수와 5G 주파수의 차이로 인한 문제점에 대해서도 논의된다. 제안된 기법은 전송선로에 직접적으로 적용되어 방사패턴의 왜곡을 최소화 하면서 주파수 조정이 가능하게 된다. 넷째, 새로운 형태의 5G 안테나 패키지 모듈이 처음으로 고안된다. 모듈은 안테나별 적용되어 주파수 조정단과 주파수 처리단을 함께 포함하여 실장 가능한 형태이다. 따라서 모듈은 안테나별 주파수 조정이 가능하다. 패키지 형태의 모듈은 시스템적 수준으로 성능 평가된다. 마지막으로, 데이터 사용량의 지속적 증가 추세와 새로운 어플리케이션의 등장으로 인해 더 높은 주파수로의 이동이 요구되고 있다. 향후 네트워크에서 안테나 제조 기술과 안테나 설계에 대한 예상 문제에 대해 논의된다

Experimental study on chaotic micromixer using ferrofluid

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :기계항공공학부,2005.Maste