| 연구개발개요 |
○ 연구 아이디어- 본 연구는 도로, 공항 활주로, 항구 등과 같은 중요시설의 운영에 있어서 가장 위협적인 자연현상인안개(fog)로 인한 기회 및 비용손실을 획기적으로 저감하기 위한 ‘안개소산(fog dissipation, fog dispersion) 메커니즘’을 대상으로 한다.- 본 연구의 아이디어(idea)는 <그림1>과 같은 상습적인 안개발생구역에 소산입자 (가스 또는 흡습성 물질)를 분사하면서 적절한 주파수의 열음향파(thermoacoustic wave)를 가진하면 안개와 소산입자에 열적인 에너지가 부가되며, 이러한 복합 메커니즘(condensation, evaporation, buoyancy effect, etc)에 의하여 해당 구역의 안개는 <그림1>의 3단계에서 볼 수 있듯이 일정시간 동안 제어될 수 있다는 것에 기초한다.○ 기술의 성격- 현재 본 연구에서 제안하고 있는 안개소산기술의 선두그룹은 러시아와 미국이며, 민간 및 군사적인 측면의 효용성을 가지고 있어 영국과 이탈리아, 프랑스, 중국 등이 후발주자로 연구개발 투자를 확대하고 있다.- 본 연구는 기존의 연소가열식이나 물분부식 등과는 차원이 다른 첨단기술에 속하며, 공항 활주로나 고속도로에 있어서 안개의 상태에 따른 소산메커니즘과 제어기법을 확립하기 위한 기초기술과 원천기술의 성격을 가지고 있다.○ 목표 및 범위- 본 연구에서는 상기 원천기술과 벤치스케일 (bench scale) 시스템 검증 및 운영기법 등 기반기술 확보를 목표로 하고 있으며, 연구범위는 안개의 상태에 따른 소산 메커니즘 규명, 안개의 상태에 영향을 미치는 소산입자 분석, 안개소산을 위한 열음향 및 방출입자 제어기법 확립, bench scale 안개소산 시스템 제작 및 검증, 후속연구개발 및 실용화 방안 마련 등으로 설정하였다.
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| 최종목표 |
본 연구의 아이디어 (idea)는 상습적인 안개발생구역에 소산입자 (가스 또는 흡습성 물질)를 분사하면서 적절한 주파수의 열음향파 (thermoacoustic wave)를 가진하면 안개와 소산입자에 열적인 에너지가 부가되며, 이러한 복합 메커니즘(condensation, evaporation, buoyancy effect, etc)에 의하여 해당 구역의 안개는 일정시간 동안 제어될 수 있다는 것에 기초한다. 본 연구에서는 상기 원천기술과 벤치스케일 (bench scale) 시스템 검증 및 운영기법 등 기반기술 확보를 목표로 하고 있으며, 연구범위는 안개의 상태에 따른 소산 메커니즘 규명, 안개의 상태에 영향을 미치는 소산입자 분석, 안개소산을 위한 열음향 및 방출입자 제어기법 확립, bench scale 안개소산시스템 제작 및 검증, 후속연구개발 및 실용화 방안 마련 등으로 설정하였다. 본 연구에서 목표설정으로 제안하고 있는 안개소산기술의 선두그룹은 러시아와 미국이며, 민간 및 군사적인 측면의 효용성을 가지고 있다. 최근에는 영국과 이탈리아, 프랑스, 중국 등이 후발주자로 연구개발 투자를 확대하고 있다. 또한 안개소산기술은 입자 미립화 및 방출장치(분사노즐 등)와 첨단 가열시스템, 안개상태에 따른 시스템 제어알고리즘이 핵심이며, 특히 열음향파를 이용하여 음파가진과 열전달 효과를 동시에 제어하는 첨단 안개소산시스템은 현재 기초연구단계로서 원천기술 확보 여지가 매우 큰 분야이다.
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| 연구내용 및 범위 |
본 연구는 2년에 걸쳐 수행되며, 1차년도에는 국내외 선행연구 및 특허 등을 조사 분석하고, 국외 선진 적용사례 등을 벤치마킹하고자 한다. 또한 냉안개 또는 온안개 등과 같이 안개의 상태에 따른 소산메커니즘을 이론 및 실험적인 방법으로 규명하고 보다 다양한 데이터를 확보하기 위하여 수치해석적인 방법을 도입하여 시뮬레이션을 수행할 계획이다. 그리고 안개소산입자가 방출되는 노즐의 기능을 제어 할 수 있도록 가변적인 유속, 유량, 압력 등을 달성할 수 있도록 최적설계인자를 도출하고자 한다. 2차년도에는 1차년도에 확보한 성과를 토대로 안개 특성을 감지 및 평가하고, 이에 따라 안개를 소산하기 위한 제어시나리오를 확립하고자 한다. 그리고 안개소산메커니즘을 고려한 열음향파 가진기법과 소산입자 방출기법 등을 동시에 제어할 수 있는 열음향 및 방출입자 통합제어기법을 확립하고자 한다. 또한 소산입자 방출각 및 방출거리와 방출밀도를 정밀하게 제어하기 위한 감지부와 구동부를 설계하고 열음향파 가진장치와 연계하여 제어할 수 있는 알고리즘을 작성하고자 한다. 또한안개소산 방출시스템에 대한 축소모형 시뮬레이터를 구축하여 방출특성과 정밀제 어특성을 검증하고자 한다. 그리고 확립된 세부모듈로부터 도출된 결과를 토대로bench scale 안개소산시스템을 설계하고자 한다. 또한 해당 시점까지의 성과를 기반으로 안개소산입자와 열음향파 방출을 정교하게 feedback 제어할 수 있는 통합제어장치를 완성하고자 하며, Bench scale 안개소산시스템을 제작하여 성능 및 적용효과를 검증하고자 한다. 그리고 본 원천기술 연구의 성과를 실용화하기 위한 방안으로 후속 연구개발 및 실용화 방안과 실용화시 파급되는 효과를 정량적으로 검토하여 제시하고자 한다. 본 연구에서는 연구의 아이디어를 구체적으로 실현하고 상기 최종목표를 달성하기 위하여 특허나 선행연구를 분석하고, 기관별 보유하고 있는 기술을 해석 및 실험적 검증 등을 통하여 개선(기반기술과 애로기술 해결을 위한 공학적 지식 융합)하는 방식으로 수행할 계획이다. 이러한 연구를 효율적으로 수행하기 위하여 추지 전략을 1차년도에 관련 특허 및 선행기술 벤치마킹, 2차년도에 기반기술과 애로기술 해결을 위한 공학적 지식 융합(해석, 실험)와 시작품 설계, 제작 및 평가 로 설정하였다. 이를 바탕으로 구내 관련 시장 및 연구 분야가 미흡하므로 Pilot 규모의 test를 통해 연구 내용과 장비 성능을 평가하여 시장 활용가능성을 제고한다.
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