3 조 캡스톤 프로젝트인 공 어 초 (Artificial Reefs)수중에 인공적으로 수중 생물의 산란장이나 서식장을 조성하기 위한 해양 구조물 우리나라의 인공어초 1971년 가로 세로 폭 = 1m 인 콘크리트 사각형 어초와 고선어초 인공어초의 소재 및 용도 소재: 콘크리트, 폐선, 바이오 세라믹, 황토 등 용도: 산란장, 성육장인공 어초란?인공어초의 중요성 - 왜 필요한가?바다 -지구 표면의 71%, 인류 역사와 함께 해옴 인간의 해양활동은 오랫동안 수산물 채취, 근거리 운송에 머물러 옴 급격한 인구의 증가 - 식량의 절대적 부족 대량 생산과 소비로 인한 육상 자원의 고갈 다음 세대에 물려주어야 하는 깨끗한 환경의 보전-해양 목장화가 요구됨 해양 목장화의 가장 기본적인 필수 구성 요소- 인공 어초인공 어초의 장점1. 음지 제공 2. 와류 현상 발생 유도 3. 은신처 제공 4. 싹쓸이 저인망 어업 방지 5. 먹이 제공 6. 어족 자원 증대 7. 시너지효과 8. 어초에 조성된 해조류의 영양염류 섭취에 의한 연안 수역의 부영양화 방지 9. 산란 장소 제공기존 인공어초의 문제점1. 설치 초기 콘크리트 독성 발생 2. 짧은 수명 (약 2년 후 강도 급격히 저하) 3. 환경오염 유발 요인 발생 4. 제 기능 상실, 수중 쓰레기로 전락 - 조류, 매몰 5. 군집해야 효과 발휘 (예. 통영 앞바다 - 겨우 4개 설치) 6. 폐 그물의 위협토의 내용환경 친화적인 재료 세라믹, 사석 재활용 어초의 우수성 심해에서도 안정적으로 장기간 사용 가능한 구조 및 재료가 요구됨 가장 안정적인 구조 와 설치 방법에 대한 보충 조사 (설치 해역의 수심에 의한 와이어 길이의 한계, 헬리컬 타입의 부이, 피라미드 구조, 중간은 빈 원통단면..)토의 내용- 개선안 11. 중층형 부어초 2. 원통형 골격 구조 3. 환경 친화적 재료 4. 햇빛을 이용한 집광장치 5. 계류 방식의 개선 참고 그림 ☞대형 인공 어초 설치 계획토의 내용- 개선안 2설명: 연근해 수심에 걸맞는 높이 50미터로 설정 벌집 구조( 허니컴 ) - 해수흐름을 고려해야 함 중앙 CORE 부는 본체와 분리 - 중층형 부어초 * 크기를 대형화 하게 된 이유 * 어초가 장기간 관리가 어려워지고 손실되는 이유 직접적인 육안 관찰이 불가능한 심해에 설치. 사후관리 힘듬. 상부에 원형 부체를 설치 코어 부의 계류 라인을 연결 원형부의 상부 평면 형태로 - 광합성을 하여 해조류가 번식. 주된 구성재 - 황토와 강철 봉 부식을 고려해야 함설치 방법장점 수시 관리 및 보수 가능, 실시간 수온 체크 가능 유실 우려 없음 폐그물 과 기타 해양 폐기물로부터의 보호 가능 양식장 + 해양 목장 + 인공 어초 1개로도 완전한 ECO SYSTEM으로 기능 2. 단점 설치 지역의 지형 상태 - 꽤 넓은 평지 필요 현실성 부족, 실현 가능성(경제성의 불확실함) 건조 및 설치 방법의 난이도 높음 - 장비의 거대화 * 그래도 투자만 한다면 충분히 가능하다고 생각됨.토론 및 평가 내용조류의 영향. 시너지(상승) 효과는? (1+1=3) 경제성? 장기간 관리 유지가 정말 가능한가 ? 건조 및 설치 비용은 어느 정도 ? 부영양화의 가능성은 없는지 ? 어떠한 어족 자원이 실제로 증대 할 수 있는가 ? 기타..1. 해양공학의 기초지식 (모토츠나 카즈 저. 동명사) 2. 인공어초 설치방법에 관한 연구 (여수대학교 해양토목공학과. 이익효) 3. 인공어초(Artificial Reefs) 일본수산학회 편저. 김남형 / 김석중 공역. 원기술 4. 인공어초의 설계에 대한 이론적 고찰 (제주도해양수산자원연구소 자원개발 연구실. 홍성완) 5. http://www.nfrda.re.krkr 국립수산과학원참고 자료{nameOfApplication=Show}
{열역학 실험Brayton Cycle -Brayton Cycle 실험1. 실험목적가스터빈의 성능실험을 통해 이론적으로 배운 가스터빈에 대한 이해를 돕고자 한다. 가스터빈 사이클은 개방형 사이클과 밀폐형 사이클로 나뉘는데 본 실험에서는 재생기나 재열기가 없는 개방형 사이클을 사용하여 실험하며 이상 사이클인 Brayton 사이클과 실제 사이클의 차이점을 실험을 통해 확인하다.2. 이론2..1 기본 Brayton 사이클이는 가스터빈에 대한 이상적인 사이클이다. 실재 가스터빈은 개방시스템으로 입구로 공기가 유입되고 이를 압축시켜서 연소기로 보내면 연소기에서는 연료를 분사하고 혼합하여 연소시킨다. 여기서 발생한 열로 인하여 작동매체는 고온고압이 된다. 이러한 고온고압의 작동매체가 터빈을 돌린다. 터빈에서 나온 동력은 다시 압축기를 돌리기 위한 동력으로 쓰이고 나머지 동력은 축일로서 출력된다. 우리는 여기서 공기표준사이클을 구성하기 위하여 입구로 들어오는 공기를 출구를 빠져 나온 공기를 열교환기로 냉각한 것으로 대치하고 연소과정을 고온열원에서의 열공급으로 대치하여 그림 2-1에서와 같이 밀폐시스템인 공기표준 Brayton 사이클을 구성한다.{그림 2-1 기본 폐쇄형 가스터빈의 모식도압축기나 터빈에 의해 행해지는 일은 이상적인 단열과정으로 근사하고 열교환은 등압과정으로 이루어진다고 가정할 수 있다. 연소기는 입구와 출구가 뚫려 있고, 출구를 통해서 빠져나가는 공기가 완전팽창을 한 경우로 근사할 수 있으므로 이 두 과정은 등압과정으로 근사할 수 있다. 따라서, 그림 2-2와 같은 사이클을 구성하게 되는 것이다.{그림 -2 기본 Brayton 사이클의 p-v 선도 및 T-s 선도1-2 과정: 등엔트로피 압축 (압축기 축의 회전으로 작동유체의 압축){T_2 `=`T_1` left( p_2 over p_1 right)^{gamma-1 over gamma}2-3 과정: 등압 가열연소기는 압축기와 터빈 사이에 존재하는 부분이고 밸브가 없이 열려있다. 그러므로 등압과정으로 근사할 수 있는 것이다.{p_3 `=` p_2{q_23 `=` c_p (T_3 - T_2 )3-4 과정: 등엔트로피 팽창 (작동유체의 팽창으로 터빈 축의 회전){p_4 `=` p_1{T_4 `=`T_3` left( p_4 over p_3 right)^{gamma-1 over gamma} `=`T_3` left( p_1 over p_3 right)^{gamma-1 over gamma}열효율{eta_th `=` 1 - Q_L over Q_H `=` 1- {mC_p (T_4 - T_1 )} over {mC_p (T_3 - T_2 )}`=` 1- {T_1 (T_4 ``/`` T_1 - 1 )} over {T_2 (T_3 ``/`` T_2 - 1 )}이때, {p_2 `=` p_3`, {p_4 `=` p_1`이고, 등엔트로피 과정에서{T_2 over T_1 `=` left( p_2 over p_1 right)^{gamma-1 over gamma} `=` left( p_3 over p_4 right)^{gamma-1 over gamma} `=` T_3 over T_4 `따라서{T_2 over T_1 `=` T_3 over T_4 `, {T_4 over T_1 `=` T_3 over T_2 `이므로 효율을 다시 계산하면{eta_th `=` 1- T_1 over T_2 `=` 1- r_p^{1-gamma over gamma}, {r_p `=` p_2 over p_1 `=` p_3 over p_4`(압력비)따라서 압력비가 증가하면 효율이 증가하는 것을 알 수가 있는데, 선형적으로 증가하지 않고 효율이 높아질수록 증가속도가 둔화되는 것을 알수가 있다. 이러한 경향은 그림 2-3을 보면 알 수 있다.압축비를 높이기 위해서 {p_2`를 높이게되면 열공급량이 늘어나고 열방출이 줄어들어 효율이 높아진다. 그러나 이러한 압력의 증가는 온도의 증가를 가져오게 된다. 이때, 실재 기관에서는 재질의 한계 때문에 최고온도는 정해지기 마련이다. 따라서 압력비를 어느 정도 이상 올리는 것은 실재로는 불가능하게되는 것이다.{그림 2- 압력비와 효율과의 관계3. 실험장치 및 방법3.1 실험장치그림 3-1은 실험장치의 개략도이며 그림 3-2는 데이터 측정위치를 나타내고 있다. 가스터빈은 시동 시 외부동력이 필요하며 본 실험장치에서는 시동용 압축공기와 부탄 가스(C4H10)를 이용하여 시동한다. 실험에서 사용되는 연료는 항공유인 Jet A1이다. 그리고 6~10%의 2-Stroke oil을 첨가하여 각 부분의 베어링을 윤활한다.3.2 실험 방법A. Starting Procedure작동 순서는 그림 3-3에 나타난 바와 같다. 이를 구체적으로 살펴보자.1. 다이얼 연료 스위치 및 가스밸브가 완전히 잠겨 있는지 확인한 후 STOP' 버튼을 시계 방향으로 천천히 돌린다.2. 전원을 올려 전원을 공급한 후 연료 탱크 및 부탄가스 통에 부착된 연료 밸브와 가스밸브를 개방한다. 그리고 압축 탱크를 작동시켜 탱크내의 압력이 2 ~ 3 bar 될 때까지 계속 압력을 증가시킨다.3. 회전수가 300rpm 될 때까지 AIR' 라고 적힌 버튼을 계속 누른다.4. 회전수가 300rpm이 되면 Glow Plug'를 누른 후 계속 유지한다.5. 천천히 가스밸브를 열어 점화가 일어나도록 한다. 펑펑 하는 소리가 부드럽게 들릴 때까지 천천히 가스밸브를 계속 연다.6. 부드러운 소리가 들리기 시작하면 AIR' 버튼을 회전수가 25,000이 될 때까지 계속 누른다.7. 연료 스위치를 시계 방향으로 열어 엔진에 연료를 공급한 후 가열된 후 점화가일 어 날 때까지 조금 기다린다.8. 연료 스위치를 천천히 시계방향으로 돌리며 회전수가 40,000rpm이 되도록 한다. 이때 Exhaust 쪽에서 불꽃이 일어난다면 연료 공급을 조금 줄여 없어지도록 한다.9. 가스밸브를 닫도록 한다.10. 실험을 위한 준비는 다 되었다. 회전수의 조절은 오직 연료 스위치를 이용한다.B. Stopping Procedure1. 엔진이 냉각 되도록 회전수를 40,000rpm까지 줄인 후 약 1분간 기다린다.2. 천천히 연료 스위치를 반 시계방향으로 돌린 후 엔진이 정지 되도록 한다.3. Stop' 버튼을 누른다.( 연료펌프를 정지시킨다.)4. main unit에 공급되는 전원공급을 차단한다.5. control pannel에 있는 Gas' 밸브가 완전히 잠겨 있는지 확인 후 가스통에 부착된 밸브도 잠겨 있는지 확인한다.6. 압축공기 공급장치를 완전히 main unit와 분리한다.7. 엔진이 완전히 냉각되면 엔진 표면에 누출된 연료를 완전히 제거한 후 건조시킨다.C. Experiment procedure회전수는 연료공급 스위치를 조절하여 제어한다.1. A과정을 거쳐 시동 후 회전수가 50,000rpm 될 때까지 연료 스위치를 조절한다.2. 대략 1분간 회전수 50,000rpm을 유지한다.3. Automatic Data Acquisition software를 이용하여 50,000rpm에서의 각 부분의 parameters를 측정한다.4. 측정 후 다시 회전수를 5,000rpm씩 증가시키면서 최대 rpm이 될 때까지 측정을 계속한다. 측정시 각 회전수에서 steady 상태가 된 후(약 1분간 방치) 각 parameter를 측정한다.5. 최대 회전수까지 실험을 한 후 B 과정을 통한 엔진 정지를 한다.D. Emergency다음과 같은 경우 Stop' 버튼을 눌러 엔진을 정지시킨다.1. rotor 가 손상되거나 outer case에 접촉시2. 비정상적인 noises 발생시{그림 3-1 가스터빈 실험장치의 구성도{그림 3-2 데이터 측정 위치{그림 3-3 작동 순서도4. 실험 결과의 정리4.1 Compressor1. Compressor에서의 rpm에 따른 온도와 압력 및 압력비 관계를 그래프에 표시하라.2. {eta _{co`i}( efficiency of the compressor)와 {eta _{co`i}(overall compressor efficiency)를 구 한 후 rpm과의 관계를 그래프에 표시하라3. {W_co와 rpm 관계를 그래프에 표시하라4.2 Combustion Chamber1. 압력손실을 백분율로 구하라.2. air/fuel 비를 구하라3. 위에서 구한 air/fuel을 발열온도 관계 그래프를 이용하여 Combustion Chamber의 {eta _cc을 구하라.* 여기서 효율이 100%가 넘는 모순적인 결과가 나올 수도 있다. 이것은 Combustion Chamber의 높은 고열에 의한 파손을 막기 위해 과급공기를 공급하여 완전연소가 일어나도록 하여 나온 결과이다.4.3 Turbine1. gas turbine에서의 rpm에 따른 온도와 압력 관계를 그래프에 표시라.2. {eta _{gt`i}( efficiency of the gas turbine)와 {eta _{ot}(overall turbine efficiency)를 구한 후 rpm과의 관계를 그래프에 표시하라3. {W_gt와 rpm과의 관계를 그래프에 표시하라4.4 추력1. gas stream{(V_out`)의 출구 속도를 구한 후 추력{(F_out`)를 구하고 rpm과긔 관계를 그래프에 표시하라4.5 SFC1. SFC(specific fuel consumption)와 Fs(scific thrust)를 구하고 {eta _o(overall efficiency)와 각 rpm과의 관계를 그래프로 표시하라.4.6 실험 데이터 정리다음은 측정 데이터의 기호와 이름, 단위를 표시한 것이다.{SymbolNameUnit{dot{m}_aair mass flow rateKg/sPpressureN/m2Cdcofficient of discharge-Aaream2{gamma _aratio of specific heat of air-{rho
재료역학I 실험교재2002. 5.울산대학교 수송시스템공학부목 차1. 인장 시험 ....11.1 인장 시험 목적..11.2 이론적 배경.....11.2.1 공칭응력과 진응력..............11.2.2 응력-변형률 선도...............21.3 시험 장치........71.4 시험 방법........81.5 시험 결과의 정리.91.6 장비 사용시 엄수사항..............9. 인장 시험 APPENDIX(UTM 시험 지침서) ...........112. 충격 시험- Charpy 충격시험.....142.1 충격 시험 목적..142.2 이론...... 있지 않음).그림에서 ⓛ곡선은 하중, P와 최초단면적, A0를 통한 공칭응력-변형율 선도이며 ②곡선은 각각의 시점에서의 실제단면적, A를 통한 진응력-변형율 선도를 나타내고 있다.(1) 공칭응력-변형율(nominal stress-strain) 선도 : ⓛ하중이 증가함에 따라 선도는 점 O에서 점 A까지 직선으로 시작되는데 이 영역에서는 응력과 변형율이 비례하며 재료의 거동은 선형이라 말한다. 이때 A점의 응력을 비례한도(proportional limit)라 하며 이 선형범위에서는 다음 식과 같은 후크의 법칙(Hook's law)이 성립한다. 즉,E = sigma over epsilon(1-3)여기서, σ(응력) : 단위면적당 작용하중 ( =P over A_0)ε(변형율) : 최초길이에 대한 늘어난 길이의 비 ( =L-L_0 over L_0)E (종탄성계수) : 응력과 변형도 사이의 비례상수A점을 지나서는 응력과 변형율 사이의 선형관계가 없어지게 되며 하중을 증가해 가면 변형율이 응력에 비해 훨씬 빨리 증가하며, 응력-변형율 곡선은 경사가 점점 작아지게 되다가 곡선이 수평이 되는 점 B에 도달한다. 이 점에서부터 인장력은 거의 증가하지 않더라도 재료는 상당한 신장이 일어난다(그림의 B점에서 C점까지). 이런 현상을 재료의 항복(yielding)이라고 하며, B점의 응력을 항복응력(yield stress) 또는 항복점(yield point)이라고 한다. 여기서 항복점을 자세히 나타내면 그림 3과 같이 상항복점과 하항복점으로 구별하게 된다. 즉 상항복점에 도달한 재료는 금속내부의 슬립(slip)으로 인하여 재료가 완전소성상태의 유동이 생겨 작용하중의 증가 없이도 변형이 일어난다. 이 때,-. 상항복점 : 항복을 시작하기 이전의 최대하중을 최초단면적으로 나눈 값.-. 하항복점 : 항복을 시작한 후 대략의 일정한 하중을 최초단면적으로 나눈 값.그러나 특별한 언급이 없을 때에는 통상 상항복점을 단순히 항복점이라고 부른다. 항복점 오프셋 항복응력알루미늄과 같이 연강을 제 H에서 수평선을 그어 이 선이 점 F를 지나는 수직선과의 교점을 F'라고 하면{ {F }_{1 } F' } over {{F }_{1 }F }= { {O }_{1 }H } over {O~ F'' }= { {O }_{1 } {O }_{2 } } over {{O }_{1 }O } =1+ { { A}_{0 }- { A}_{f } } over { { A}_{f } }= { { A}_{0 } } over { {A }_{f } }(식1-10)가 성립하므로 점 F'는 F에 대응하는 진응력점이다.(3) 단면감소율 및 연신율재료의 연성을 나타내는 척도로서 단면감소율과 연신율이 사용된다. 단면감소율,Delta A와 연신율(elongation),{ epsilon }_{L }은 아래와 같이 정의된다.Delta A = { { A}_{0 }- { A}_{f } } over { { A}_{f } } TIMES 100(%)(식1-11)rm { epsilon }_{L } = { L'- { L}_{0 } } over { { L}_{0 } } TIMES 100(%)(식1-12)여기서 L'는 시험편이 파단된 후의 표점거리이다. 그러나 두 표점 사이에서 국부수축으로 인한 변형량은 전체 변형량의 대부분을 차지하며, 표점거리의 장단에 거의 무관하므로, 연신율은 처음의 표점거리에 따라 그 값이 달라지며, 표점거리가 짧은 시험편일 수록 큰 값을 나타낸다. 따라서 재료의 연성을 표시하는 데는 연신율보다 단면감소율이 더 바람직하다.(Note) 일반적인 인장시험기에서는 그림1-7과 같이 시편의 중앙에 변형측정기(extensometer)를 부착하여 표점거리(gage length) 사이의 변형량을 측정하게 된다. 그러나 본 실험에서 사용되는 만능시험기는 직접 cross-head의 움직인 거리를 통하여 시편전체의 변형량을 측정하게 된다. 변형측정기가 부탁된 전형적인 인장시편1.3 시험장치(1) 인장시험편그림1-8과 같이 시험편의 단면 형상은 원형이다. 인장시험편인장 시험편의 평행부란, 시험편의 중앙부에서의 동일단면생유압유니트에 부작되어 있는 압력계 확인-. 현재 값을 확인한 후 수시로 점검-. 항상 현재 값을 유지 (Valve 조절)○ 냉각수 Valve를 Open○ 컴퓨터 및 프린터의 전원 스위치를 ON 한다.-. 컴퓨터가 부팅(Booting)하여 잠시 후 Dos Prompt 상태로 전환된다.-. Autoexec.bat 파일이 기동하여 UTM 운용프로그램을 자동으로 Loading 한다.* 주화면이 나타난다.○ [설정]-[실린더 조정] 메뉴를 선택하여 베드를 정위치에 고정-. 변위 기준을 선택하여 0 mm 입력* 시험기 베드가 초기 위치로 하강컴퓨터를 켜면 시험기 베드가 위로 상승하는 일이 있는데 당황하지 말고 위의 작업을 실행○ [설정]-[실린더 조정] 메뉴를 선택-. , 를 사용하여 실린더를 원하는 위치로 이동한다.* 초기하중 / 시험하중 / 시험시간 등.○ 시편장착-. 시험기 우측에 부착되어 있는 크로스헤드 이동 스취치를 이용하여 시편장착인장시험 시 상부척에 시편을 고정하고 크로스헤드를 이동 적정위치에서 하부척을 고정압축/굴곡 시험시 압축판의 하부가 시표에 거의 접촉할 때까지 크로스 헤드를 이동○ [설정]-[시험환경 설정] 메뉴룰 선택하여 시험환경을 정의○ [설정]-[시험데이타 설정] 메뉴를 선택하여 시험데이타를 정의○ 주 메뉴 상태에서 을 누른다.-. 시험을 시작한다.-. 메시지 : 초기하중을 찾고 있습니다.-. 그래프가 그려지며 모니터 영역에 현재 하중과 변위값이 표시○ 시험 종료-. 시편 파단* 화면의 그래프에 항복점, 최대점, 파단점 설정* 화면 하단의 데이터 영역에 하중, 변위, 강도, 연신율 설정-. 메시지 : 시험이 종료되었습니다.○ 크로스헤드 복귀 여부-. 메시지 : 복귀할까요 ? [Y/N]-. 키보드에서 [Y] 또는 [N]을 입력한다.* [Y] : 크로스헤드가 시험 초기 위치로 이동* [N] : 크로스헤드가 현 위치에 정지* 아무키도 입력하지 않으면 5초 후 크로스헤드가 자동으로 시험 초기위치로 이동* 크로스헤드가 상승시 파단된 시편의 충돌 주의○ 은 파단에너지 외에 손실되는 에너지로서 해머의 회전운동 중 공기저항, 회전축의 마찰저항과 시험편의 파단 후 비산으로 인한 운동에너지 등이 포함된다. 용량 30 kgf-m의 Charpy 충격시험기에서는 El 0.2 kgf-m 정도이다. 충격시험의 원리2.2.3 충격치의 계산Charpy 충격시험의 결과인 충격치는 시험편의 파단에 쇼요되는 에너지E를 Notch부를 제외한 단면적A(mm^2 )로 나눈 값으로 한다. 에너지 단위는 Joule(J. N-m)로 하고, 충격치(J/mm^2 )의 숫자는 소수점 이하 1자리까지 구하고 그 이하는 반올림한다.2.2.4 충격치에 미치는 온도의 영향연강과 같은 재료의 Charpy 충격치는 일반적으로 온도에 매우 민감하다. 그림 2-3에서 보인 바와 같이 소성형의 파단형식에서 취성형으로 급작스럽게 바뀌는 천이구간이 나타난다. 이러한 천이온도의 존재는 연강과 같은 재료, 즉 열처리 후 체심입방체의 금속조직에서 공통적으로 나타나고, 이와는 달리 면심입방체 금속조직을 갖는 특수강, 예를 들면 그림 2-3의 HY-80강에서는 천이구간이 나타나지 않는다. 鋼의 Charpy 충격치에 대한 온도 영향2.3 시험장치2.3.1 샤르피 충격 시험기의 구조그림 2-4는 30kgf-m Charpy 충격시험기로서 타격 속도 5.28m/sec 또는 17ft/sec 내외가 표준으로 되어 있다.2.3.2. 샤르피충격시험기 각부의 사양1) 시험기 용량 30㎏f-m2) 해머 중량 22.24㎏3) 실제 용량 인상 각도 143″4) 해머 중심 거리 750㎜5) 앤빌 간격 40㎜6) 충격날 각도 30″7) 시험기 크기 600 × 1000 × 1100㎜8) 시험기 중량 약500㎏ KDI-300-2 Charpy 충격시험기1아암2타격 핸들3팬들럼 해머4해머를 시동위치까지이동시키는 핸들5워엄기어6각도 지시판7브레이크8시편의 고정대2.3.3. 구조 및 역할 (그림 2-4 참조)1. 아 암 : 기계 구조용강으로 제작되어 있으며 회전축과 타격햄머를 연결하고 있다.2.