플래닝(plane) 선박은 선체와 물 사이에서 발생하는 심각한 점성 마찰을 완화하는 데 도움이 되므로, 소형 고성능 선박에서 가장 흔히 사용되는 선형 중 하나이다. 따라서 초기 설계 단계와 실제 운용 조건에서 선박의 운항 자세(running attitude)를 신속하고 정확하게 추정할 수 있는 방법을 개발하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 운동 중 쐐기형 선체가 자유수면에 진입할 때 발생하는 유동 박리 문제를 해결하기 위하여, 수중 진입(water entry)을 위한 확장 변형 로그비노비치 모델(Extended Modified Logvinovich Model, EMLM)을 제안한다. 2차원 근사를 활용하여 수학적 기법으로 비정상 유동에 대한 기본 퍼텐셜 흐름을 분석하였다. 검증을 위해, BEM(boundary element method)에 기반한 CFD(computational fluid dynamics) 및 해석적 유사 해(analytic similarity solution)와 비교하여 동적 수직력 계수(dynamic vertical force coefficient)를 계산하였으며, 그 결과는 검증을 위한 실험 데이터와의 양호한 일치성을 보여주었다.

리튬이온 배터리(LIBs)의 효율적인 열 관리(thermal management)는 전기자동차의 신뢰성 있는 작동을 보장하는 데 있어 핵심적인 요소이다. 다수의 LIB 모듈을 관리하기 위해 일반적으로 냉각판(cold plate)을 장착용으로 사용하는 접근이 활용된다. 모듈 사이에 배치된(interspersed) 설계는 특히 대규모 배터리 팩에서 전체 냉각 성능과 온도 균일성의 향상에 더 효과적임이 제안되어 왔다. 따라서 우리는 배터리에서 더 높은 열부하를 방출하는 경우에도 열성능을 향상시키는 동시에, 배터리 표면 전반에 걸친 온도 분포의 균일성도 더 잘 확보하면서, 제조의 단순성(manufacturability)을 유지할 수 있는 새로운 냉각판 설계가 필요하다. 본 연구에서는 오프셋 스트립 핀(offset strip fins, OSFs) 코어를 적용한 새로운 냉각판 설계를 제시한다. Colburn 인자(Colburn factor, j)와 Fanning 마찰 인자(Fanning friction factor, f)와 같은 객관식(objective functions)을 이용하여 그 열 및 유동(수력) 성능을 평가한다. 최적화 기법을 통해 냉각판에서의 열전달률을 극대화하는 최적의 형상 파라미터를 도출하되, 압력 강하(pressure drop)는 그 증가가 미미한 수준에 그치도록 한다. 이후 이러한 최적화된 구성을 기준이 되는 일반 냉각판 및 기준 OSFs 냉각판(reference OSFs cold plate)과 비교한다. 그 결과, 최대 온도 차이가 최대 32.3%까지 유의하게 감소하여, 본 새로운 설계로 온도 균일성이 향상되었음을 보여준다.

리튬이온 배터리(LIB)의 열 관리는 전기자동차의 신뢰성 있는 작동을 보장하는 데 핵심적인 요소이다. 내재된 협소한 작동 온도 범위(예: 25 °C~40 °C)는 원하는, 그리고 설계된 LIB 성능을 위해 전용 열 관리 시스템을 필요로 한다. 특히 더 높은 방전 부하를 위한 LIB 팩의 비에너지 밀도가 증가함에 따라, LIB는 다양한 액체 대류 시스템을 통해 열적으로 관리되어 왔다. 그중에서도 가장 널리 사용되는 설계는 LIB 사이에 삽입되는 다채널 냉각 플레이트에서 강제대류 냉각수를 사용하는 형태일 것이다. 가장 뚜렷한 단점은 냉각수가 경로를 따라 열적으로 쉽게 포화되어 냉각 효율이 빠르게 저하된다는 점이다. 이를 극복하기 위해, 본 연구에서는 열저항 모델을 사용하여 등간격(equi-spacing) 다중 서펜타인(serpentine) 채널 냉각 플레이트의 구성을 최적화하였다. 그 결과, 본 연구는 등폭(equi-width) 채널을 사용하되 비등간격(unequi-spacing)을 적용하는 새로운 냉각 플레이트 설계를 제안하며, 냉각 플레이트 표면에서의 온도 분포를 표준편차 기준으로 6.3 °C에서 5.5 °C로 13% 감소시키고, 최대 국소 온도 차이를 26.3 °C에서 24.1 °C로 8% 감소시켜 보다 균일하게 한다. 다만 압력 강하는 이에 비해 1% 더 높을 뿐이다.

플래닝(plane) 선박은 선체와 물 사이에서 발생하는 심각한 점성 마찰을 완화하는 데 도움이 되므로, 소형 고성능 선박에서 가장 흔히 사용되는 선형 중 하나이다. 따라서 초기 설계 단계와 실제 운용 조건에서 선박의 운항 자세(running attitude)를 신속하고 정확하게 추정할 수 있는 방법을 개발하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 운동 중 쐐기형 선체가 자유수면에 진입할 때 발생하는 유동 박리 문제를 해결하기 위하여, 수중 진입(water entry)을 위한 확장 변형 로그비노비치 모델(Extended Modified Logvinovich Model, EMLM)을 제안한다. 2차원 근사를 활용하여 수학적 기법으로 비정상 유동에 대한 기본 퍼텐셜 흐름을 분석하였다. 검증을 위해, BEM(boundary element method)에 기반한 CFD(computational fluid dynamics) 및 해석적 유사 해(analytic similarity solution)와 비교하여 동적 수직력 계수(dynamic vertical force coefficient)를 계산하였으며, 그 결과는 검증을 위한 실험 데이터와의 양호한 일치성을 보여주었다.

리튬이온 배터리(LIBs)의 효율적인 열 관리(thermal management)는 전기자동차의 신뢰성 있는 작동을 보장하는 데 있어 핵심적인 요소이다. 다수의 LIB 모듈을 관리하기 위해 일반적으로 냉각판(cold plate)을 장착용으로 사용하는 접근이 활용된다. 모듈 사이에 배치된(interspersed) 설계는 특히 대규모 배터리 팩에서 전체 냉각 성능과 온도 균일성의 향상에 더 효과적임이 제안되어 왔다. 따라서 우리는 배터리에서 더 높은 열부하를 방출하는 경우에도 열성능을 향상시키는 동시에, 배터리 표면 전반에 걸친 온도 분포의 균일성도 더 잘 확보하면서, 제조의 단순성(manufacturability)을 유지할 수 있는 새로운 냉각판 설계가 필요하다. 본 연구에서는 오프셋 스트립 핀(offset strip fins, OSFs) 코어를 적용한 새로운 냉각판 설계를 제시한다. Colburn 인자(Colburn factor, j)와 Fanning 마찰 인자(Fanning friction factor, f)와 같은 객관식(objective functions)을 이용하여 그 열 및 유동(수력) 성능을 평가한다. 최적화 기법을 통해 냉각판에서의 열전달률을 극대화하는 최적의 형상 파라미터를 도출하되, 압력 강하(pressure drop)는 그 증가가 미미한 수준에 그치도록 한다. 이후 이러한 최적화된 구성을 기준이 되는 일반 냉각판 및 기준 OSFs 냉각판(reference OSFs cold plate)과 비교한다. 그 결과, 최대 온도 차이가 최대 32.3%까지 유의하게 감소하여, 본 새로운 설계로 온도 균일성이 향상되었음을 보여준다.

리튬이온 배터리(LIB)의 열 관리는 전기자동차의 신뢰성 있는 작동을 보장하는 데 핵심적인 요소이다. 내재된 협소한 작동 온도 범위(예: 25 °C~40 °C)는 원하는, 그리고 설계된 LIB 성능을 위해 전용 열 관리 시스템을 필요로 한다. 특히 더 높은 방전 부하를 위한 LIB 팩의 비에너지 밀도가 증가함에 따라, LIB는 다양한 액체 대류 시스템을 통해 열적으로 관리되어 왔다. 그중에서도 가장 널리 사용되는 설계는 LIB 사이에 삽입되는 다채널 냉각 플레이트에서 강제대류 냉각수를 사용하는 형태일 것이다. 가장 뚜렷한 단점은 냉각수가 경로를 따라 열적으로 쉽게 포화되어 냉각 효율이 빠르게 저하된다는 점이다. 이를 극복하기 위해, 본 연구에서는 열저항 모델을 사용하여 등간격(equi-spacing) 다중 서펜타인(serpentine) 채널 냉각 플레이트의 구성을 최적화하였다. 그 결과, 본 연구는 등폭(equi-width) 채널을 사용하되 비등간격(unequi-spacing)을 적용하는 새로운 냉각 플레이트 설계를 제안하며, 냉각 플레이트 표면에서의 온도 분포를 표준편차 기준으로 6.3 °C에서 5.5 °C로 13% 감소시키고, 최대 국소 온도 차이를 26.3 °C에서 24.1 °C로 8% 감소시켜 보다 균일하게 한다. 다만 압력 강하는 이에 비해 1% 더 높을 뿐이다.

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본 논문에서는 고고도에 위치한 추력기(thruster)의 적절한 압력 경계조건을 예측하기 위해 각도 계수 방법(angular coefficient method)과 등엔트로피 관계식을 이용한 수치 결과를 사용한다. 이 방법은 대부분의 계산 부담이 큰 DSMC를 사용하지 않고, 다수의 연구자들이 다룰 수 있도록 상용 코드인 COMSOL Multiphysics를 사용한다. 자유 분자 흐름은 간단한 대수적 방법으로 시뮬레이션되므로, 지금까지는 제어 체적(control volume) 내에서 거시적 변수(macicroscopic variables)를 계산할 수 없었으며, 따라서 연속체 모델(continuum model)의 결과로부터 등엔트로피 조건을 이용하여 이를 계산하였다. 노즐 출구(nozzle exit)에서의 압력 분포는 저밀도 Rothe 노즐에서의 유사 분포를 계산하여 검증하였고, 이전 연구에서 사용된 균일한 원거리 압력(uniform far-field pressure) 조건이 아니라 희박 유동 해석(rarefied flow simulation)으로부터 얻은 밀도 분포를 사용하여 적절한 압력 분포를 예측하였다.