Iron oxide reduction with flux additions

Shin, Hyoung-Ky Imperial college of science and technology 1984 국내박사

Numerical analysis of tunnelling in decomposed granite soil

신종호 University of London, Imperial College of Science, 2000 해외박사

본 연구는 컴퓨터 수치해석법을 개선 ·개발하여 화강토지반내에서 터널을 굴착할 때 발생하는 지반과 터널구조물의 거동에 대한 지식을 확장하고, 설계수준을 개선하기 위해 이루어졌다. 본 논문에서 다룬 수치해석 모델링에 대한 연구주제는 화강토의 거동을 표현하기 위한 새로운 구성방정식의 유도, 기존 2차원 해석방법의 개선, 터널 굴착에 따른 지반-지하수의 복합 상호 거동에 대한 모델링기법(Coupled Analysis)의 확장, 터널 막장거동 해석을 위한 새로운 3차원 해석방법의 개발 등이다. 본 연구는 터널해석을 위한 수치 알고리즘 및 모델링기법에 있어서 유한요소법의 발전 및 확장에 기여하였다. 본 논문의 주요 주제별 연구 내용은 다음과 같다. [화강토의 구성방정식] 층산 지반을 모델링하기위한 여러 가지 구성방정식이 비교 ·조사되었다. 특히 화강토의 거동을 모델링하기 위하여 화강토의 내재적 특성인 결합력(Inherited Bonding)을 고려하는 한계상태 경화모델(Critical State Model)이 확장 ·개발되었다. 실제문제에 적용결과 비선형탄성 모델과 조합한 한계상태경화모델이 실험에서 측정한 응력-변형곡선과 잘 일치함이 확인되었다. [터널 모델링의 새오룬 2차원해석기법] 기존의 2차원 터널해석기법들은 평면변형조건을 가정하므로 터널굴진과정을 표현하기 위해 모두 경험 파라미터를 사용하고 있다. 본 연구를 통해 2차원 해석결과가 전적으로 이 파라미터에 의존하고 있음이 파악되었다. 또한 이 파라미터의 결정이 순전히 경험에 의존하므로 기존의 2차원 해석결과는 신뢰성에 확보에 어려움이 있음이 확인되었다. 이를 개선하기 위해 본 연구에서는 새로운 2차원 터널 모델링 방법으로서 'Time-Based Modelling' 기법을 제안하였다. 이 방법은 지하수, 숏크리트 등 거동특성이 시간에 따라 변화하여 시간 의존성 영향이 큰 NATM터널 해석에 특히 유용함이 입증되었다. [지하수-터널 상호작용의 모델링] 지하수위 아래서 건설되는 터널에 대하여 터널-지하수 상호작용의 영향이 수치해석을 이용하여 시뮬레이션되었다. 라이닝의 수리특성을 유사화하기 위해 강성과 특수성을 실제 라이닝의 거동과 동일하게 모델링할 수 있는 새로운 요소(Element)가 개발 ·도입되었다. 여러 가지 경우의 흐름조건, 경계조건을 고려하고 비선형 투수계수를 사용하는 광범위한 Case Study를 수행함으로써 터널의 시간 의존성 거동이 심층적으로 분석되었다. 특히 비교론적 접근방법으로서 저투수성 지반인 London Clay해석결과를 투수성화강토의 해석결과와 비교 ·조사하였다. 또한 최근 문제가 되고 있는 배수터널에 걸리는 잔류수압에 대한 설계기준의 근거도 제시되었다. [3차원 해석법의 개발] 경험 파라미터 없이 터널막장의 거동을 해석하기 위해 Fourier Series를 이용한 3차원 터널해석기법이 개발되었다. 이 새로운 수치해석기법은 해석적 검증절차를 거쳐 Imperial College Finite Element Program(ICFEP)의 추가옵션으로 확장되었다. 이 방법은 기존 3차원 비선형 및 경화소성해석에 요구되는 노력과 시간을 현저히 줄이고, 쉽고 빠르게 터널막장의 3차원 파괴모드를 찾는 수단임이 확인되었다. 이 해석법(Fourier Series Aided Analysis)은 실제 화강토내 터널 굴착해석에 적용되었으며 계측치와 잘 일치하는 결과를 주었다.

Flow, combustion and emissions in a four-valve spark-ignition engine fuelled by compressed natural gas

김종우 Imperial College of Science, Technology, and Medic 2000 해외박사

천연가스는 연료 자체의 청정성 및 그 풍부한 매장량 등으로 가장 이상적인 자동차 대체연료로 간주되고 있다. 그러나, 천연가스의 연소 및 배출가스 특성은 기존의 액체연료인 가솔린, 디젤과는 상이하게 다르다. 따라서 본 논문은 가시화 엔진을 이용하여 천연가스 엔진의 유동, 연소 및 배출가스 특성에 관한 연구를 수행하였다. 본 논문의 전반부는 압축 행정시 실린더내 혼합기의 유속 및 난류 강도를 증가시키는 슬리브드 포트(Sleeved port)와 유속 증진 및 점화시 혼합기의 성층화를 일으키는 오픈 밸브 인젝션을 통해, 희박 연소시 포트 분사식 단기통 CNG 엔진의 연소 안전성을 향상 시키는 방법에 그 초점이 맞추어져 있다. 실린더내 유동해석을 위해 LDV와 PIV가 이용됐으며 이와 관련한 연소 및 배출가스 특성 분석을 했다. 또한 기초 실험 차원에서 가솔린 엔진과의 연소, 배기가스 및 성능특성 비교를 수행하였다. 본 논문의 후반부는 다기통 엔진에서 CNG 직접분사 방식을 채택해 이것이 연소 및 배기가스에 미치는 영향성을 검토하였다. 고압 기체 분사특성 연구를 위해 정적 연소기에서 쉴리렌 사진 기법을 이용해 분사각 및 침투길이에 대한 시험을 수행했다. 또한 엔진에서 화염사진 및 연소 압력 측정을 통해 직접 분사 엔진의 연소와 관련한 특성을 파악했으며, 점화직전 스파크 플러그에서의 실린더내 혼합기 직접 샘플링 방법을 통해 스파크 플러그 겝에서 탄화수소 농도를 측정하여 직접 분사엔진의 성층화 효과 확인 시험을 수행하였다. 이상의 실험을 통해 CNG 직접분사 방식이 간접분사 방식에 비해 엔진의 체적효율을 증가시키고 실린더 내부 혼합기의 유동 속도를 증가시키며 성층화 효과를 일으킴으로써 성능 측면에서 동급가솔린 엔진과 동등한 출력특성을 보임을 확인 하였고 희박한 공연비구간에서 급속 연소 및 연소 안정성 향상을 통해 희박연소 한계를 대폭 증가시켜 연비 및 질소산화물(NOx)을 효과적으로 저감시킬 수 있었다.

Properties of selected oxide cathodes for solid oxide fuel cell

배중면 Imperial College of Science, Technology, and Medic 1996 국내박사

Controlling temporal constraints in planning

최호진 Imperial College of Science, Technology and Medici 1995 해외박사

시간 변수를 많이 다루는 인공지능 계획법은 그 기저에 있는 시간 추론 기 능의 과중한 계산량으로 인해 일반적으로 비효율적이다. 본 논문은 시간을 점으로 표현하는 방식 내에서 시변수 조건의 사용을 통제하여 이 계산 부담을 줄이고 계획법의 효율성을 높이는 방법들을 연구하였다. 제시된 방법들은 크 게 세가지인데, 첫째는 시변수 조건의 표현력을 제한하는 법, 둘째는 시변수 망에서의 조건 전파를 국지화하는 법,셋째는 시변수망의 경우의 수를 줄이는 법이 그것이며, 모두 시간 데이타베이스 질의 성공여부를 결정하는 과정, 이 른바 계획 검증 과정의 효율성을 제고하는 데에 중점을 두고 있다. 논문의 전반부에서는 계산량 감소를 목표로 활동 명세 작성시 시변수간 부 등식 조건의 표현력을 통제하여 자유도를 줄이는 규율을 우선 제시하였다. 또한 이 규율을 채택함으로써 주어진 활동 명세들과 일관성 규칙을 분석하여 계획법 가동이전에 상당한 양의 시변수 조건들을 미리 계산해낼 수 있으며 이 를 통해 실시간 계산량을 더욱 줄일 수 있음도 보였다. 중반부에서는 앞의 방법과는 별도로, 계획법에서 사용되는 시변수망의 고 유 특성을 정성 분석하여 망분해를 통해 계산의 효율성을 높이는 방법을 개발 하였다. 이 방법 역시 시변수 조건의 표현력을 다소 제한하는 것을 전제 조 건으로 하고 있는데, 제시된 방법을 따르면 계획 검증 과정에 필요한 시변수 망을 분해하여 계산이 가능하므로 시변수망의 갯수와 크기를 모두 국지화시켜 조건 전파 계산을 효율적으로 수행할 수 있음을 보였다. 망분해를 통한 계획 검증법은 시간 데이타 베이스 질의를 여러개로 나누어 각기 독립적으로 계산 한 후, 각 계산결과의 부분을 취한 소규모 시변수망으로써 전체 질의의 일관 성을 검증하도록 되어 있어서 불필요한 조건 전파를 최소화할 수 있다. 후반부에서는 계획 검증 과정에 필요한 시변수망의 경우의 수를 줄이기 위 한 선험적 접근 방법을 연구하였는데, 보다 구체화 된 시간 정보를 계획 검증 에 앞서 선입력하는 방법과, 위에 제시한 두 방법이 계획법상 실패를 줄이기 위해 어떻게 결합될 수 있는지도 보였다. 끝으로 본 논문에 제시된 방법들이 인공지능계획법에 있어서 현재 미결 연구과제로 남아있는 검증실패후 극복문 제를 다루는데 어떤 도움을 줄 수 있는지 가능성을 제시했다 Frameworks br temporal planning place a heavy computational burdenon the underlying temporal reasoner. In this thesis we investigate howto reduce the burden by controlling the usage of temporal constraintswithin a point-based representation framework. Focusing on the task ofplan verification, i.e., deciding satisfiability of temporal databasequery(TDBQ), we approach to increasing efnciency by restricting theexpressiveness in temporal constraints, by localising constraintpropagation, and by lilniting the colnbinatorics of constraint networks.rrhe airn is to clarify the trade-off between exPressiveness inspecihcation and efHciency in reasoning. We nrst propose a discipline to reduce the degree of heedomamong temporal constraints in action specihcation by restricting theusage of inequality constraints. This discipline makes certain temporalconstraints fixed with respect to action schemata and integrity rules,allo`ving to separate processing of these constraints ftorn the actual plangeneration process. A method of such offㅢine processing is presentedand its utility in saving computation is demonstrated for a class ofplanning problems. N[ext `ve develop a rnethod of constructing decornposed networksbased on a qualitative analysis on the structure of temporal constraint networks used in planning. We show that no global network need to bebuilt by imposing minor restrictions on temporal constraints in actionand problem specihcation. The method performs plan verincation byfirst decomposing a TI)B() into nearly-independent sub-TDBQ's,checking each of thern locally, then testing global consistency of thelocal results. Unnecessary propagation of constraints is reduced andperLrmance of plan verification is enhanced. V√e also develop heuristic approaches to control the number ofconstraint networks to test during plan verincation. Based on a strategyof imposing scheduling constraints before plan verincation, we expIorehow to cornbine the techniques developed earlier in order to reduce therisk of bypassing solutions. Finally we discuss soIne insights on the issue of search in teInporalplanning. We discuss how the techniques developed in this thesis canfacilitate strategies to recover hom a hilure in plan verincation, whichis an open problem in existing approaches. - 4-

The Behaviour of Bentonite Slurries Under Slurry Trench Conditions : 김학문

김학문 Imperial College of Science~, Technology and Medic 1984 해외박사

SLURRY WALL공법에서 안정액의 역활은 대단히 중요하다. 도심지에서 시공되는 지 하연속벽(DIAPHRAGM WALL)의 안정상태에 따라 시공시 주변 붕괴는 인접구조물에 지대 한 영향을 미칠 수 있고 DAM의 차수벽용 CUT-OFF WALL에서 SLURRY의 역확을 단계적인 분석을 통해 그 안정성을 다음과 같은 과정으로 연구하였다. -BENTONITE SLURRY의 화 학적 오염과 기능상태 -시공중 오염된 안정액의 화학적 처리법과 역할증대 연구 -굴착 토사 및 주변지반과 안정액의 물리적 화학적 모델 실험실시 -SLURRY의 유한요소법사 용한 투수모델 COMPUTER해석 -기존 API TEST의 보완 및 문제점 소개 위의 내용을 연구 한 결과 SLURRY WALL공법 사용시 안정액의 설계 및 시공이 도심지 주변구조물의 미치 는 영향을 파악할 수 있을 뿐더러 경제적이고 안정된 도심지에서 지하연속벽 공법적용 이 가능하다. 사용된 안정액의 폐기는 공해 문제가 될 소지가 있으나 최대한의 재사용 여부가 가능하다고 연구결과 제시해 주고 있으며 환경오염 및 지하수 오염의 차수벽 (Bentonite-Cement)Cut-off WALL의 적용이 보다 확실해졌다. 특히 SLURRY TRENCH내의 간주수압 (EXCESS PORE MATER PRESSURE)의 움직이는 모델을 유한요소 컴퓨터프로그램 적용은 굴착현장 주변의 흙의 강도추정에 많은 도움이 될것이다.

Algorithms for routing problems in distribution

이규현 Imperial College of Science and Technology 1990 해외박사

본 논문은 TSP(Travelling Salesman Problem)와 VRP(Vehicle Routing Problem)에 대한 최적해를 구하기 위한 알고리즘을 개발하는데 중점을 두었다. 여기서 고려되는 기본 문제는 다음의 두가지로 집약된다. 첫째, 주어진 한지점 (depot or base)에서 출발하여 주어진 모든 지점을 다 들린 후에 다시 최초의 출발 지점으로 되돌아오는 순 수 TSP이고, 둘째, 한지점에서 적재량이 알려진 수송수단의 집합(set)을 이용하여 주 어진 지점들의 수요를 모두 충족시키기 위한 최적 루트를 결정하는 VRP이다. 위의 두 가지 문제들은 루트를 설계하는 것이 요구되면서 동시에 총비용(루트의 길이 또는 시 간등)을 최소화하여야 하는 문제들이다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 다음과 같 은 방법이 이용된다. (1) 동적계획법(dynamic programming)을 기초로 한 문제의 설정 (2) state-space의 차원 (dimencionatity)을 감소시켜 문제를 해결가능하도록 수식을 완화시킴. 이러한 수식의 완화는 완화된 수식에 대한 해의 값이 최초 수식에 대한 최 초수식에 대한 해의 값에서는 하한 (lower bound)이 된다는 것을 보장할 수 있는 대응 함수(mapping function)에 근거를 둔다. (3) (2)의 내용을 기초로 하여 subgradient 와 state-space relaxation의 절차를 이용하여 하한값들을 추출한다. (4) 문제해결을 위한 tree-search algorithm과 하한값을 결합하여 최적 루트를 찾아낸다. 위의 절차 및 방법을 이용하여 얻어진 알고리즘을 테스트한 결과를 제시하여 알고리즘의 효율을 종전의 방법으로 얻어진 결과들과 비교하였음.

Improved c methods for transient wave scattering

이병화 Imperial College of Science, Technology and Medici 1996 해외박사

As a consequence of the rapid development of computers, there is a strong interest in the solution of larger and larger scattering problems. In particular, radar cross section (RCS) problems which involve typically scattering From complex targets many wavelengths long are of considerable interest. Though there exist many numerical methods which are suitable for RCS problems, the boundary integral equation (BIE) method is one of the more efficient tools for their analysis, with costs scaling with the fifth power of the incident frequency. The algorithm modifications described here offer the prospect of large reductions in cost, and a possible reduction in cost scaling to the fourth power of the frequency. This has been achieved by the combination of a re-ordering of the normal BIE algorithm to a "project forward" form, and implementation of a modest further physical approximation which this re-ordering makes possible. This approach is demonstrated for a variety of geometries, including relatively difficult ones such as the NASA almond and cone-sphere and gap benchmarks. The project forward algorithm has some advantages over the normal retrospective algorithm both in parallelisation and in hybridisation with time domain physical optics (POTD). The parallelisation and hybridisation of the project forward algorithm are developed in this thesis and their results are demonstrated. The results show that the project forward algorithm is very effective in such analysis.

Heavy metal contamination of soils, plants, waters and sediments in the vicinity of metalliferous mines in Korea

정명채 Imperial College of Science, Technology and Medici 1995 해외박사

이 연구는 과거에 활발한 광산채광후 휴광 또는 폐광된 광산주변에서 발생 되는 중금속의 오염정도와 분산 및 환경영향을 조사함을 목적으로 한다. 연 구대상지역은 대구광역시 달성군 가창면에 소재하고 있는 달성 동-텅스텐 광 산과 경기도 화성군 봉담면에 있는 삼보 연-아연 광산이며, 이들 지역에서 토양, 식물(옥수수, 대추, 파, 깻잎, 콩잎, 고추, 담뱃잎, 벼줄기, 쌀알 등), 광산 폐수 및 하상 퇴적물을 채취하였다. 채취된 시료는 적절한 처리 후 ICP -AES를 이용하여 As, Sb, Bi, Cd, Cu, Pb, Zn 등 총 29개 원소를 분석하였다. 또한 식물의 원소흡수에 영향을 주는 토양의 pH, 유기물 함량, 양이온교환능 력 그리고 토양조직 등을 측정하였다. 달성 동-텅스텐 광산 주변에서 채취한 토양은 중금속의 이동이 용이한 조건으로 조사되었고, 광산 주변에 산재해 있는 광미더미에서 평균 2,500ppm의 As, 54ppm의 Sb, 436ppm의 Bi, 4. 4ppm의 Cd, 1,950ppm의 Cu, 1,030ppm의 Pb 및 419ppm의 Zn이 검출되었다. 이러한 오 염된 토양에서 자라고 있는 식물의 원소함량은 비교지역(비오염지역)에 비해 2-5배 높았으며 파> 콩잎> 깻잎=고추>옥수수=대추 등의 순서로 그 함량이 감 소되는 경향을 보였다. 단계별 다원소 선형회기분석을 이용한 식물의 원소 흡수에 영향을 주는 인자를 조사한 결과, 토양의 함량과 pH가 가장 중요한 것으로 밝혀졌다. 광산 주변에 산재한 폐석더미의 중금속의 총량을 수학적 모델을 이용하여 고찰한 결과, 총 17,140㎏의 중금속이 방치되어 있으며, 연 속추출법을 이용하여 이들 금속의 화학적 형태를 조사한 결과에 따르면 총 금 속의 약 10%는 자연환경에서 용해가능한 형태로 존재하고 있음을 밝혔다. 그 리고 다량의 중금속은 광산의 폐석더미를 통과한 자연수와 하상퇴적물에서도 검출되었다. 삼보 연-아연 광산 주변에서 채취한 폐석주변의 토양내 평균 중 금속함량은 11. 8ppm의 Cd, 208ppm의 Cu, 2,700ppm의 Pb 및 8,300ppm의 Zn으로 조사되었다. 토양의 중금속함량을 Kriging 방법을 이용한 등함량곡선을 산출 한 결과 지형적인 영향으로 광산의 동쪽으로 중금속들이 이동 분산되어 주변 의 논토양의 중금속함량을 높이고 있다. 특히 토양의 특성과 상호 비교한 결 과 토양의 중금속 함량은 pH와 음의 상관관계, 유기물함량, 양이온교환능력 및 사질함량과는 강한 양의 상관관계를 보인다. This research has focused on the influence on base metal mining on heavy metal contamination in the surface environment and its implications for animal and human health, Soils, crop plants, waters and sediments were taken at two metalliferous mines (the Dalsung Cu-W mine and the Sambo Pb-Zn mine) and nearby control areas. Analysis by ICP-AES included the metals, As, Sb, Bi, Cd, Cu, Pb and Zn. Some physical and chemical properties of soils were determined to investigate the factors affecting bioavailability of metals. Soils sampled from mining areas have low pH values, low organic matter contents, moderate cation exchange capacity and high proportions of sand. Heavy metals are enriched in mine dump soils developed over mine waste materials, tailings and slags, which contain ten to several hundreds times more heavy metals than the world average soils. The total quantities of metals present in the mine dumps (O-15 cm) are estimated to be 17.14 tonnes at an area of 12,400m in the.Cu-W mine and 216 tonnes at an area of 186,000 m in the Pb-Zn mine. These metals are continuously dispersed downstream and downslope from the mines by elastic movement through wind and water, and tend to accumulate in food crops grown on soils in the vicinity of the mines. Heavy metal concentrations in crop plants sampled vary with species and part, with high concentrations in leaves and low contents in fruit and grain. Tobacco leaf is an accumulator of heavy metals, with maximum concentrations of 8.5 pg 24 pg Pb and 1,620 pg Zn g-l (DW). Commercial cigarettes from Korea contain relatively higher concentrations of As, Pb and Zn than those from the United Kingdom, but lower . concentrations of Cu. However the concentration of Cd shows no significant drfference between cigarette from the respective countries. Significant concentrations of metals are also found in spring onions and soybean leaves sampled. The availability of metals to plants increases with increasing metal concentrations in soils and decreasing soil pH, though this differs from metal to metal. Significant concentrations of heavy metals are found in stream waters and sediments in the vicinity.of the mines and these decrease downstream from the mines. Seasonal variation of physical and chemical properties and metal concentrations in paddy soils and plants has been studied along 6 traverse lines in the Sambo Pb-Zn mine. The results showed that relatively higher soil pH, organic matter content and lower metal concentrations in rice stalk were found under reducing conditions when the soils were flooded than at the end of the growing under oxidising conditions when the soils were dry. However, there was no difference in metal contents in paddy soils throughout the periods of rice growing.

Nature and control of combustion oscillations in sudden-expansion flows

엄종호 Imperial College of Science, Technology and Medici 2001 해외박사

Experiments of relevance to lean-burn gas-turbine combustors were carried out in plane and axisymmetric sudden-expansion flows. They involved the determination of the extinction limits and the nature of combustion as a function of the equivalence ratio of methane-air flames. In addition, they examined the implications for methods of active control of the combustion oscillations observed close to the extinction limits and at equivalence ratios around unity. The flammability limits and flame characteristics were determined with acoustically-open and closed upstream ends, and with and without exit nozzles. Five distinct regimes of combustion were identified in terms of pressure characteristics and images of CH chemiluminescence. They comprised regions close to the lean and rich extinction limits, one associated with large-amplitude oscillations dominated by longitudinal acoustic or bulk-mode frequencies and observed with near-stoichiometric mixtures, and the other two with nominally stable combustion. Combustion close to the lean and rich extinction limits led to oscillations with frequencies much lower than those of acoustic and bulk-modes. The emphasis is on these near-limit instabilities since they may be relevant to the combustion of lean mixtures in land-based gas turbines. In the plane duct, they gave rise to low-frequency flapping immediately prior to extinction with the branches of flame behind the steps extinguishing non-simultaneously and lateral and longitudinal when only a single branch remained. Photographs of the CH radical suggested that the oscillations were due to the axial movement of extinction along the shear layer and initiated by the high strain rates close to the step, followed by the upstream propagation of the flame when the strain rate was sufficiently low. Similar oscillations were observed in the round duct but without the flapping. The frequency of the oscillations increased with flow rates and burning velocities and the amplitude increased with heat release and with constriction of the duct exit, with the latter causing the oscillations to couple with the bulk-mode frequency of the combustor cavity. The increase in amplitude led to higher strain rates and the narrowing of the flammability range. The possibility of controlling the oscillations was examined by imposing pressure oscillations at a frequency different from that of the combustion instability. The imposed oscillations did not affect the near-limit oscillations in the unconstricted ducts and caused a decrease in the flammability range due to the consequent increase in strain rate. In constricted ducts, however, imposed pressure oscillations reduced the amplitudes by up to 70 % because of their ability to suppress the bulk-mode oscillation and, hence, extended the flammability range. Imposed oscillations were also successful with near-stoichiometric oscillations at moderate flow rates but less effective at high flow rates where the signals were modulated by low frequency movement of the flame. Attempts to actively control the near-limit oscillations were unsuccessful due to a cycle-to-cycle variation of around 30 %, but were successfully with the large-amplitude oscillations close to stoichiometry. A new control system was developed to track the signal with on-line actuation to counteract the tendency of the flame to move away from the step. The effect of imposed and naturally occurring pressure oscillations on NOx emissions is also quantified in view of its importance to lean burn combustors. An increase in the amplitude of pressure oscillations led to an decrease in NOx emissions close to stoichiometry and an increase close to the lean limit, due to the shortening of the residence time at the maximum adiabatic flame temperature and temperature fluctuations above the anticipated local mean temperature, respectively.