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메탄 수 조정 시스템의 개발에 관한 연구
No full textEnvironmental problems and energy efficiency are closely related to each other, and one of the important goal of the ship design is to address environmental issues by increasing energy efficiency as much as practicable. Liquefied natural gas (LNG) is considered as one of the optimal fuel for reducing amounts of SOx, NOx, and CO2 . In addition, it can be said that LNG carriers (LNGCs) contribute to improvement on the energy efficiency in that the vessel can be moved using the boil-off gas (BOG) generated in the cargo tanks. For these reasons, the LNG has started to pay attention as a ship fuel.
During this period, propulsion methods have been changed from steam turbines and dual fuel generator engines, with large fuel consumption, to highly efficient internal combustion engines. However, for the Otto-cycle engines, the fuel gas tailored to the methane number requested by the engine manufacturers must be used. The purpose of this dissertation is to develop a mechanical system configuration and a control method for methane number adjustment.
The main mechanical principle involves controlling the upstream gas temperature of the fuel gas supply system (FGSS), in order to supply the fuel gas with the proper methane number. In other words, when the temperature of the boil-off gas inside the cargo tanks is high or the LNG with the low methane number is loaded, the gas temperature at the upstream of the FGSS must be controlled. This is to increase the mole fraction of methane and nitrogen while condensing gases such as ethane and propane that lower the number of methane.
In this study, the application of flow control valves, in-line mixers, and separators is put forward for the methane number adjustment system. However, if the discharge pressure of the FG pump is not properly controlled, it may fail to control the methane number. The cascade control is applied for the efficient adjustment of the methane number system. The application of methods using IMC based PID control and direct synthesis for controller design and tuning is suggested. When two processes and one controller are included in the design of the primary controller, it becomes a form of a higher-order transfer function, which causes difficulties in designing the controller. To solve this problem, it is necessary to cancel the poles and the zeros by the IMC based PID control. Then, to obtain the desired control performance of the methane number control system, the controller is designed and tuned using a direct synthesis method in the primary control loop.
A simulation is conducted to verify the efficacy of the proposed method, focusing on the disturbance rejection and set-point tracking, in comparison with controllers tuned by other methods. As a conclusion, the proposal showed stable control performances in the assessment indices such as the settling time.|환경 문제와 에너지 효율은 상호간에 밀접한 관계가 있으며, 이러한 측면에 서 선박 설계의 중요한 목표중 하나는 선박 추진에 필요한 에너지 사용 효율을 향상시킴으로 인해 엔진에서 배출되는 황산화물 (SOx) 및 질소산화물 (NOx)과 같은 유해 가스량을 줄여 환경 문제를 해결하는 것이다. 현재 액화천연가스 (LNG)는 황산화물 및 질소산화물의 양을 줄이기 위한 최적의 연료로 평가받고 있으며 이산화탄소의 양을 줄이는 데도 일조하고 있다. 게다가 액화천연가스 운반선은 화물 탱크에서 생성된 증발 가스 (Boil-Off Gas)를 사용하여 선박의 항행이 가능하다는 점에서 에너지 효율 향상에 기여한다. 이러한 이유로 액화 천연가스는 선박의 연료로서 각광을 받고 있다.
선박 연료로 액화천연가스가 사용되면서 선박 추진의 효율성 문제가 대두되 기 시작하였다. 액화천연가스를 사용하는 선박 추진 방식은 연료 소비량이 상 대적으로 큰 증기 터빈의 추진 방식 또는 이중 연료 발전기 엔진을 이용하여 전기 모터로 추진하는 방식으로부터 고효율 내연 기관의 추진 방식으로 변경되 었다. 고효율 내연 기관 중 하나인 오토 사이클 기관 (Otto-cycle engine)은 유해 가스량을 줄이는데 효과적이면서도 증기 터빈의 추진 방식 대비 약 절반의 연료만을 소모한다. 하지만 오토 사이클 기관의 경우 기관 제조사에서 요구하는 메탄 수에 맞는 가스 연료를 사용해야 하는 제약이 따른다. 이러한 요구에 대 응하기 위해 본 논문에서는 메탄 수의 제어를 위한 시스템 구성과 효율적인 제 어 방법을 제안하고자 한다.
적절한 메탄 수를 가진 가스 연료를 공급하기 위해서는 가스 연료 공급 시스템 (Fuel Gas Supply System, FGSS)의 상류 가스 온도를 제어하는 것이 가장 중 요하다. 즉, 화물탱크 내부의 증발 가스의 온도가 높거나 메탄 수가 낮은 액화 천연가스를 적재할 경우에는 가스 연료 공급 시스템의 상류 가스 온도를 적절 히 제어해야 한다. 이는 메탄 수를 낮추는 에탄이나 프로판과 같은 가스를 응 축시키면서 메탄과 질소의 함량을 늘리기 위함이다.
이 연구에서는 에탄 및 프로판과 같이 메탄 수를 낮추는 가스를 응축시키는 제어 시스템의 구성을 위해 유량 제어 밸브, 인라인 믹서, 분리기의 적용을 제 안한다. 또한, 가스 연료 공급 펌프의 토출 압력 제어가 잘 되지 않을 경우, 메 탄 수를 조정하는데 있어 어려움을 겪을 수 있기 때문에 케스케이드 제어를 적 용한다. 제어기 설계 및 튜닝을 위해 IMC 기반 PID 제어 및 직접 합성법의 적 용을 제안한다. 1차 제어기 설계 시 2개의 프로세스와 1개의 제어기를 포함하 면 고차 전달함수의 형태가 되면서 제어기를 설계하는데 어려움이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 극점과 영점의 상쇄가 필요하고, 이에 최적화 된 IMC 기반 PID 제어 방법을 적용하여 2차 제어 루프의 제어기를 튜닝한다. 그 후 메탄 수 조정 시스템이 원하는 제어 성능을 갖추기 위해 1차 제어 루프에 직접 합성법을 이용하여 제어기를 설계 및 튜닝한다.
제안된 제어기의 성능을 검증하기 위해 Ziegler-Nichols 방법과 IMC 기반 PID 제어 방법 등을 이용하여 제어기를 튜닝하고, 설정값 추적 및 외란 제거의 성 능을 검증하기 위한 시뮬레이션을 수행한다. 시뮬레이션 결과 제안된 방법은 다른 방법으로 튜닝된 제어기에 비해 안정화 시간, 오버슈트 등의 평가 지표에 서 안정적인 제어 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.1. Introduction 1
1.1 Research Background and Literature Review 1
1.2 Objective and Outline 9
2. Theoretical Background 11
2.1 System Identification 11
2.1.1 Measured data 13
2.1.2 Selection of model structure 15
2.1.3 Parameter estimation 16
2.1.4 Model validation 18
2.2 PID Control 21
2.2.1 PID controller configuration 21
2.2.2 Effect of parameters of PID controller 22
2.3 IMC Based PID Control 25
2.4 Direct Synthesis 27
3. Methane Number Adjustment System 29
3.1 Mechanism of Methane Number System 29
3.1.1 Main principle of system 29
3.1.2 System component description 32
3.1.3 Steady-state and dynamic simulation 36
3.2 Control Strategy 41
4. System Modeling 44
4.1 Measuring device for Primary and Secondary Control Loops 44
4.1.1 Primary control loop 44
4.1.2 Secondary control loop 46
4.2 Primary Process 50
4.3 Secondary Process 55
4.4 Disturbances for Primary and Secondary Control Loops 59
4.4.1 Primary disturbance 59
4.4.2 Secondary disturbance 60
5. Controller Design and Tuning 63
5.1 Proposal 66
5.2 Manual Tuning Method 71
5.3 Ziegler-Nichols Method 74
6. Simulation Results and Discussion 78
6.1 Performance Indices 80
6.2 Assessment 1 81
6.3 Assessment 2 85
6.4 Assessment 3 89
7. Conclusion 93Docto
암모니아 및 수소 에너지 운반체를 이용한 재생 에너지 가치 사슬 분석
No full text암모니아는 현재 친환경 연료와 장거리 에너지 운송을 위한 에너지 운반체로 주목받고 있다. 에너지 운반체의 생산, 저장, 운송 및 사용에서 에너지 손실은 불가피하다. 따라서 전체 가치사슬의 성능뿐만 아니라 그것을 구성하는 하위 프로세스의 에너지 효율성도 분석해야 한다. 본 연구에서는 해양에서 생산된 재생 전기에너지가 수소와 암모니아를 에너지 운반체로 활용하여, 육지의 최종 사용자가 사용하는 가치사슬 시나리오의 에너지 분석을 수행하였다. 가치사슬 시나리오는 수소생산, 질소생산, 암모니아 합성, 암모니아 액화, 해상운송, 암모니아 개질, 수소 연료전지를 통해 전기에너지로 최종 사용자에게 공급하는 것으로 구성된다. 가치사슬의 에너지 손실 및 효율성을 분석하기 위해 각 요소 프로세스에 대한 세부 분석과 가치사슬 전체에 대한 종합적인 분석을 수행하였다. 에너지 소비량은 전기에너지와 열에너지로 구분하고, 열에너지는 냉열에너지와 열에너지를 분리, 계산하여 분석하였다. 본 연구에서는 세부 하위공정에 대한 비교분석을 위해 합성반응기의 운전조건, 3가지 수송선, Boil-off Gas 발생 및 재액화에 따른 효율변화를 분석하였다. 항해, 저장, 적재 및 하역 과정이 전체 가치사슬의 에너지 효율성에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 암모니아 합성공정에서 냉각 에너지원으로 해수를 사용하면 에너지 손실을 어느 정도 줄일 수 있는지를 조사하였다. 해양에서 100 MWh의 전기 에너지를 생산하고 해수 냉각으로 400˚C 및 150 bar에서 합성된 암모니아를 fully pressurized carrier를 통해 운송했을 때 최종 사용자가 사용할 수 있는 전기 에너지는 약 20.8 MWh로 확인되었다. 하지만 가치사슬 최악의 시나리오에서는 누적 효율이 7.5%로 떨어졌다. 해양 프로세스는 전체 가치 사슬에서 총 에너지 손실의 38-70%를 차지하였다. 수송선의 종류를 변경함으로써 에너지 전달 효율을 최대 20.2%까지 높일 수 있다. 또한 계산 결과 암모니아 합성 조건, 선박 유형 및 냉각 에너지원으로 해수를 활용하는 방법에 따라 최종 사용자가 사용할 수 있는 에너지의 상대적 차이가 최대 108%에 이를 수 있음이 밝혀졌다.Ammonia is currently attracting attention as an energy carrier for long-distance energy transportation and eco-friendly fuel. Energy losses in the generation, storage, transport, and usage of energy carrier are unavoidable. Therefore, it is necessary to analyze not only the performance of the whole value chain, but also the energy efficiency of the sub-process it comprises. In this study, we performed the energy analysis of an end-to-end value chain scenario, where electric energy produced offshore is used by the end-user on land exploiting hydrogen and ammonia as energy carriers. The value chain scenario comprises hydrogen production, nitrogen production, ammonia synthesis, ammonia liquefaction, marine transport, ammonia cracking, turning it back to electric energy, and supplying it to the end demand. To analyze the energy consumption and efficiency of the end-to-end value chain, a detailed analysis of each element process as well as a comprehensive analysis of the entire value chain was performed. Energy consumption was divided into power and rate of heat flow, and the rate of heat flow was analyzed by calculating heating and cooling energy. For a comparative analysis of detailed sub-processes, this study calculated and analyzed the efficiency change in terms of the operating conditions of the synthesis reactor, three types of transport vessels, and the generation and re-liquefaction of boil-off gas (BOG) during sailing, temporary storage, and loading and unloading while analyzing their impact on the energy and efficiency of the entire value chain. Furthermore, the extent by which the energy consumption can be lowered using seawater as the source of cooling thermal energy in the offshore energy production process was examined. When 100 MWh of electrical energy was produced offshore and ammonia, synthesized at 400 ˚C and 150 bar with seawater cooling, was transported via a pressurized carrier, the electric energy available for the end-user was calculated to be about 20.8 MWh. However, in the worst-case scenario of the value chain, the cumulative efficiency was lowered to 7.5%. The offshore process accounted for 38-70% of the total energy loss in the entire value chain. The energy delivery efficiency could be enhanced up to 20.2% by changing the type of transport vessel. Furthermore, calculations revealed that depending on ammonia synthesis conditions, type of vessel, and utilization of seawater as the source of cooling thermal energy, the relative difference in energy available for the end-user might reach up to 108%.List of Tables iii
List of figures iv
Abstract vi
1. Introduction 1
2. Value chain of isolated renewable energy 6
3. Ammonia synthesis 8
3.1 Effect of synthesis temperature and pressure 13
3.2 Analysis of energy consumption in the synthesis process 17
4. Ammonia synthesis 23
4.1 Liquid conditioning 23
4.2 Ocean transport 24
5. Ammonia cracking 30
6. Analysis of the whole value chain 33
6.1 Energy efficiency change with seawater cooling thermal energy 39
6.2 Energy Efficiency Change According to Ammonia Synthesis Conditions 40
6.3 Energy efficiency variation by type of vessel 41
6.4 Relative Comparison of Energy Loss of Sub-process 41
7. Conclusion 44
Appendix 49
References 56Maste
A Study on the Determination of the Number of Yard Tractors Assigned to Vessels in Container Terminal
No full text현재 해운·항만 산업은 급변하는 트랜드와 치열한 경쟁 속에서 살아남기 위해 항만물류자원의 확충 및 효율적인 운용을 통해 항만 처리능력을 향상시키기 위한 전략을 펼치고 있다. 항만의 처리능력 산정은 부두에 설치되는 하역장비에 의하여 결정되는 것으로 항만의 처리능력은 물류자원을 추가적으로 배치하거나 활용 중인 자원을 효율적으로 운용하는 등 다양한 방법을 통해 향상 시킬 수 있다. 하지만 물류자원의 추가 배치는 시간과 비용의 한계가 명확하기 때문에 단기간에 향상 효과를 기대하기 어렵다. 따라서 처리능력 향상을 위해서는 활용중인 자원에 대한 효율적인 운용 방법을 찾는 것이 실현성이 높다. 국내 항만들 역시 4차 산업혁명 기술의 발달에 따라 정보화, 디지털화를 적극적으로 추진하고 있다. 그러나 현재 하역 프로세스에서 Y/T 배정 대수 산정은 전문가의 경험에 따른 감각에 의존하고 있는 실정이며, 관련된 선행연구 또한 Y/T의 배차 또는 항만 전체의 필요 대수 산정에 초점을 두고 있다.
이에 본 연구는 입항 선박의 하역정보를 활용하여 Y/T 배정 대수에 영향을 미치는 요인을 분석하고 이를 바탕으로 회귀분석, 군집분석, DNN(Deep Neural Network : 심층신경망)모형을 활용하여 분석하였다.
연구결과, Y/T 배정 대수 산정에 영향을 미치는 요인은 하역량 관련 요인과 입항시기 관련 요인으로 분석되었으며, 해당 요인을 바탕으로 군집분석을 실시한 결과 5개의 군집으로 구분되었다. 구분된 군집에 따라 심층신경망 모형을 통해 단일 선박의 Y/T 배정 대수를 예측하였다.
단일 선박의 Y/T 배정 대수 산정의 경우 다른 선박과 서로 아무런 영향을 미치지 않는 것을 가정하고 있다. 그러나 컨테이너터미널에는 다수의 선박이 동시에 하역작업을 수행하는 경우가 빈번히 발생하기 때문에 다수 선박의 Y/T 배정 대수를 산정할 때에는 터미널이 가진 한정된 자원을 나누어 활용하여야 한다. 이에 따라 수리모형을 수립하여 다수 선박의 Y/T 배정 대수를 산정하였다.목 차
Abstract vii
제 1 장 서 론 1
제1절 연구의 배경 및 목적 1
제2절 연구의 방법 및 구성 3
제 2 장 이론적 고찰 4
제1절 선행연구 고찰 4
1. 항만자원 배정 대수 산정 4
2. 항만자원 할당문제 4
제2절 시사점 및 차별점 6
제3절 현행 Y/T 배정 프로세스 분석 6
제 3 장 연구 설계 8
제1절 문제의 설정 8
제 4 장 컨테이너 선박의 Y/T 대수 산정 문제 11
제1절 단일 선박의 Y/T 대수 산정 문제 11
1. Y/T 배정 대수의 결정 요인 11
2. 선박 유형별 군집화 12
2. 예측모형 16
3. 예측 결과에 따른 모형 비교 16
4. Y/T 배정 대수 예측 모형의 활용 18
제2절 다수 선박의 Y/T 배정 대수 산정 문제 20
1. 대형 선박군의 Y/T 배정 문제 24
2. 소형 선박군의 Y/T 배정 문제 30
3. 대형/소형 혼합 선박군의 Y/T 배정 문제 36
제 5 장 결론 42
제1절 연구결과 요약 42
제2절 연구의 한계점 및 향후 연구 방향 42
참고문헌 44
국문초록 47Maste
한국 성인을 위한 체력연령 추정 모델 개발
No full textABSTRACT
Introductions: As aging progresses, the morbidity of chronic diseases including cardiovascular disease, sarcopenia and cancers increases, which causes higher mortality and medical expenditure at the same time. Previous studies have mentioned that keeping a higher fitness level helps prevent health-related problems. Physical fitness age (PFA) is an estimated model that combines the results of physical fitness tests and converts them into a specific age and is also considered a standardized indicator of overall health status.
Objectives: The purpose of the study was to develop an estimated model of physical fitness age to standardize an individual’s fitness level using health-related physical fitness data of the representative population aged 40 and 64 years from the National Fitness 100 in Korea.
Methods: Two models of PFA were developed based on gender through multiple regression analysis using chronological age as a dependent variable and results of fitness test variables (body fat [BF], handgrip strength [HS], sit-up [SU], VO2max, and sit-and-reach [SR]) as independent variables from the modeling group (N= 37,130). Cross validity was conducted utilizing physical fitness data of the cross-validation group (N= 37,284) to verify the developed equations.
Results: Obtained equations for adults aged 40-64 years were Y = – 0.264993 (HG) – 0.190067 (BF) + 0.105595 (SR) – 0.099818 (SU) – 0.632665 (VO2max) + 0.758409 (CA – 52.47) + 93.096878 for males and Y = – 0.184767 (HG) – 0.059027 (BF) + 0.181517 (SR) – 0.193897 (SU) – 0.529020 (VO2max) + 0.76957 (CA – 52.79) + 75.715087 for females. Developed equations had the goodness of fit as R2 = 0.845 (SEE = 2.8 yrs.) for males and R2 = 0.849 (SEE = 2.7 yrs.) for females.
Conclusions: We developed PFA equations for adults aged 40-64 years utilizing fitness test data from the National Fitness 100 in the Korean population. The developed PFA models might play an important role in motivating people to perform physical activity and help assess their fitness levels individually.초록
서론: 노화가 진행될수록 건강 관련 체력 요소의 감소로 인해 다양한 만성질환의 발병률과 그로 인한 사망률이 높아지며, 의료비 지출 증가라는 사회적 문제까지 초래하고 있다. 다양한 선행연구에서는 만성질환을 예방하고 건강한 삶을 영위하기 위해서는 적정 수준의 체력을 유지하는 것이 중요하다고 언급하였다. 따라서, 개인의 건강관련 체력 요소를 정확히 측정하고 평가하는 것이 중요하며, 체력연령 (Physical Fitness Age, PFA)은 체력 테스트 결과를 종합하여 특정 나이로 환산하는 추정 모형으로 개인의 종합적인 체력 상태를 표준화 할 수 있는 하나의 지표로 제안되었다. 그러나, 체력수준은 국가, 인종에 따라 그 수준의 차이를 나타내며, 한국인을 위한 체력연령 개발 연구는 매우 제한적이다.
연구 목적: 본 연구는 40-64세 한국 성인의 국민 체력 100으로부터 측정된 건강관련체력 데이터를 이용하여 개인의 체력 수준을 평가할 수 있는 표준화된 체력연령 추정 모형을 개발하는 것을 목적으로 하였다.
연구 방법: 본 연구에서는 체력연령 추정 모형을 개발하기 위해 전국 국민체력 100 센터에서 측정된 40-64세의 성인 74,414명 (평균 나이 53±7세)의 자료를 활용하였다. 분석 자료는 난수표를 활용하여 무작위로 두 그룹으로 분류하여 modeling group (N=37,284)과 cross-validation group (N=37,284)의 자료를 생성하였다. 다음으로, modeling group의 건강관련체력 데이터 (체지방률, 악력, 윗몸일으키기, VO2max, 앉아윗몸굽히기)를 이용하여 체력연령 모형을 개발하고, cross-validation group의 데이터를 개발된 추정 모형에 대입하여 교차 검증을 실시하였다.
연구 결과: 한국 성인 40-64세를 대상으로 신체 체력 연령 추정식을 개발한 결과 남성을 위한 추정식은 Y = – 0.264993 (HG) – 0.190067 (BF) + 0.105595 (SR) – 0.099818 (SU) – 0.632665 (VO2max) + 93.096878 + 0.758409 (CA – 52.47) 이며, 여성을 위한 추정식은 Y = – 0.184767 (HG) – 0.059027 (BF) + 0.181517 (SR) – 0.193897 (SU) – 0.529020 (VO2max) + 75.715087 + 0.76957 (CA – 52.79) 로 개발되었다. 개발된 신체 체력 연령 추정식의 설명력은 남녀 모두 높은 수치를 나타냈으며 (R2 = 0.845, R2 = 0.849), 표준추정오차 (SEE)는 남녀 각각 2.8세와 2.7세로 나타났다.
결론: 본 연구에서 한국 성인 40-64세를 대상으로 국민체력 100에서 측정된 체력데이터를 이용하여 체력 연령 추정식을 개발하였다. 개발된 체력 연령 추정식은 한국 성인의 체력 수준을 표준화하기에 적합한 모형으로 판단되며, 국민들이 스스로 체력 수준을 평가할 수 있도록 도움을 주고 신체활동에 대한 동기부여에 또한 기여할 것으로 사료된다.CHAPTER I. INTRODUCTION 1
1.1 Background 1
1.2 Overall aims and hypotheses 3
CHAPTER II. REVIEW OF THE RELATED-LITERATURE 4
2.1 Aging-related problems 4
2.2 Components of health-related physical fitness 5
2.3 Introduction of National Fitness 100 7
2.4 Studies related to estimated physical fitness age 10
CHAPTER III. METHODS 12
3.1 Data extraction 12
3.2 Measured items 14
3.3 Statistical analysis 14
3.4 Development of physical fitness age model 15
3.5 Criterion validity 16
3.6 Cross validity 16
CHAPTER IV. RESULTS 17
4.1 Fitness outcomes of modeling group 17
4.2 Fitness outcomes of cross-validation group 24
4.3 Physical fitness age equations 31
4.4 Cross validity 36
CHAPTER V. DISCUSSIONS 39
5.1 Summary of key findings 39
5.1.1 Criterion validity 40
5.1.2 Cross validity 41
5.2 Strengths and limitations 42
5.3 Future research directions 43
CHAPTER VI. CONSLUCIONS 44
6.1 Conclusions 44
REFERENCES 45
ABSTRACT 48Maste
A Study on Forecasting of Small & Medium Sized Container Port Throughput in South Korea Using Prophet Model : Focused on Incheon, Pyeongtaek-Dangjin and Ulsan Port
No full text항만은 국제무역의 관문이며, 물류 거점으로서 국가 경제에 중요한 역할을 담당하는 시설이다. 특히, 우리나라의 경우 무역의존도가 59.83%로 높은 편이며, 국제화물수송량의 99.7%가 해상운송을 통해 처리되고, 10대 도시 중(인구 기준) 4개가 항만을 기반으로 발전하였기 때문에, 항만이 국가 경제에 미치는 영향이 크다고 할 수 있다. 정부에서는 이러한 항만의 중요성을 인식하고 항만시설을 지속적으로 확충하고 있으며, 시설 확충 계획을 위해서는 항만 물동량 예측이 필요하게 되었다.
그에 따라 부산항이나 우리나라 전체 항만을 대상으로 한 물동량 예측 관련 연구가 활발하게 진행되어왔다. 하지만 점차 각 지역의 중소형 항만이 기능과 역할을 분담하며 성장과 발달함에 따라 중소형 항만들의 입지가 높아졌으나, 해당 항만을 대상으로 한 연구는 활발하게 이루어지지 않았다. 또한, 최근 해운항만물류 분야 연구에서 딥러닝 모형을 활용한 예측 시도가 많이 이루어지고 있는데, 딥러닝 모형의 경우 많은 양의 연산을 수행하기 때문에, 학습에 많은 시간이 소요되고 적정 수준의 사양을 가진 장비가 필요하다는 단점이 있다.
이에 본 연구에서는 국내 중소형 컨테이너항만인 인천항, 평택·당진항, 울산항을 대상으로 컨테이너 물동량 예측을 진행하였다. 예측을 위해 예측 성능이 우수하고, 구현이 비교적 용이한 것으로 알려진 방법론인 Propohet 모형을 활용하였다. 이후, 선행연구에서 사용되어온 딥러닝 LSTM 모형 및 SARIMA 모형의 예측 결과와 비교하여 성능을 검증하였으며, 연구 결과는 아래와 같다.
첫째, 인천항과 평택·당진항과 같이 물동량 자료에 뚜렷한 계절성이 나타나는 경우 Prophet 모형과 SARIMA 모형의 예측 성능이 우수한 것으로 나타났다. 따라서 구현의 용이성과 연산시간을 고려하였을 때, 데이터가 계절성을 나타내는 경우에는 Prophet 모형을 사용하는 것이 효과적임을 확인하였다.
둘째, 울산항과 같이 물동량 자료에 뚜렷한 계절성이 나타나지 않는 경우에도 Prophet 모형이 가장 우수한 결과를 도출하였지만, LSTM 모형 예측값의 변동 형태가 실제값의 변동 형태와 유사한 것으로 나타났다. 따라서 급격한 시장변화가 예상되는 경우에는 Prophet 모형과 LSTM 모형을 함께 활용하는 것이 효과적인 것으로 판단하였다.Ports are generally deemed as logistics hub and facilitators of international trade playing an important role in the development of national economies. In particular, South Korea has a high trade dependence at 59.83% and 99.7% of cargo is handled through sea transportation. In addition, the four of the top 10 cities in terms of population have developed their economies due to port activities. Therefore, ports have a great impact on the national economy and the Korean government has recognized the importance of ports and continued to expand port facilities. For this reason, it is pivotal to forecast port throughput to correctly establish developments plans to expand facilities.
Accordingly, research on the forecasting of port throughput has been actively conducted. Past research mainly focused on Busan and other large ports in South Korea. However, small and medium-sized ports in each region have gradually grown and developed specific activities and value chains. Nevertheless, research on these ports was not actively conducted. In addition, many attempts of forecasting using deep learning models have been made in recent research in the field of shipping and port logistics, but deep learning models are generally time-consuming and require equipments with appropriate specifications.
In this study, the container throughput for the ports of Incheon, Pyeongtaek-Dangjin, and Ulsan Port is forecasted. Specifically, the ports considered in the study are small and medium-sized container ports in South Korea. A Prophet model is applied, which is a methodology known for its excellent forecasting performance and it is relatively easy to design. In the next step, the performance of Prophet model is verified by comparing the forecasting results of the deep learning LSTM model and the SARIMA model used in precedent researches.
The results show that the forecasting performance of the Prophet model and the SARIMA model was excellent when the throughput data yields seasonality, such as Incheon and Pyeongtaek-Dangjin Port. Therefore, considering the ease of implementation and the operation time, it was confirmed that it is effective to use Prophet model when the data shows seasonality.
Second, even when there was no clear seasonality in the throughput data, such as in the case of Ulsan Port, Prophet model produced the best results. However, it was found that the fluctuation form of the forecasting value of LSTM model was similar to the one of the actual value. Therefore, we judged that it would be effective to use the Prophet model and the LSTM model together when rapid market changes are expected.제1장 서론 1
제1절 연구의 배경 및 목적 1
제2절 연구의 범위 및 방법 3
제3절 연구의 구성 3
제2장 국내 중소형 컨테이너항만 현황 및 선행연구 고찰 6
제1절 국내 중소형 컨테이너항만 현황 6
제2절 국내 중소형 컨테이너항만 물동량 현황 7
제3절 선행연구 고찰 11
Ⅰ. 항만 물동량 예측 관련 선행연구 11
Ⅱ. 항만 물동량에 영향을 미치는 요인 관련 선행연구 14
Ⅲ. Prophet 모형 관련 선행연구 22
제3장 연구 방법 25
제1절 Prophet 모형 25
제2절 LSTM 모형 28
Ⅰ. 딥러닝의 개요 28
Ⅱ. RNN의 개요 31
Ⅲ. LSTM의 개요 33
제3절 SARIMA 모형 38
Ⅰ. AR 모형 38
Ⅱ. MA 모형 38
Ⅲ. ARMA 모형 39
Ⅳ. ARIMA 모형 40
Ⅴ. SARIMA 모형 41
제4장 예측 모형 구축 및 비교 43
제1절 자료 수집 및 변수 선정 43
제2절 예측 정확도 검증 45
제3절 Prophet 모형 46
Ⅰ. Prophet 모형 설계 46
Ⅱ. Prophet 모형 예측 결과 47
제4절 LSTM 모형 49
Ⅰ. LSTM 모형 설계 49
Ⅱ. LSTM 모형 예측 결과 51
제5절 SARIMA 모형 53
Ⅰ. SARIMA 모형 설계 53
Ⅱ. SARIMA 모형 예측 결과 57
제6절 예측 성능 비교 58
제5장 결론 62
제1절 연구 결과 및 시사점 62
제2절 연구의 한계 및 향후 연구 방향 63Maste
De lege ferenda on the Fuel Quality Standard for LNG Fuelled Ship
No full text지구의 기후변화에 따른 전 세계적인 피해는 어제와 오늘의 일이 아니지만 2021년은 기후변화의 심각성을 체감하는 한 해였다. 이러한 기후변화의 원인은 여러 가지가 있지만 화석연료의 대규모 사용이 주요 원인 중 하나이다. 오랫동안 화석연료를 사용해 온 해운업계는 IMO 주관하에 선박으로부터 발생되는 대기오염물질을 줄이기 위해 다양한 노력을 기울이고 있다.
2020년 1월부터 시행된 선박 연료유의 항 함유량 규제 강화는 그 노력 중에 하나로써 모든 선박은 현행 3.5% 황 함유량 대비 대폭 강화된 0.5% 미만인 연료를 사용하여야 한다. 이 규제의 준수를 위해 선박들은 EGCS 설치, 또는 저유황유를 사용하거나 LNG 연료 추진선으로의 전환이 필요하며 그 중 친환경 연료인 LNG가 새로운 선박 연료로 각광받고 있다. 이러한 변화에 따라 LNG를 사용하는 선박이 앞으로 크게 성장할 것으로 예상되면서 LNG 선박 연료유 시장 및 관련 산업 또한 활성화가 기대된다. LNG 연료유 시장이 활성화 되기 위해서는 선박 운항항로를 고려한 벙커링 인프라 구축이 무엇보다 중요하나 이에 못지않게 공급되는 연료유의 품질 또한 선박 소유자의 입장에서는 선박의 안전 운항을 위해 중요한 요소이다.
LNG는 천연가스를 저장·운반하기 위해 극저온으로 냉각시켜 액화시킨 화석연료로써 온도에 따라 액체에서 기체로 또는 기체에서 액체로 상태가 변하는 특성이 있다. 이러한 변화가 발생하면 화학적 조성도 변화하는데 이는 LNG 연료의 품질과 밀접한 관련이 있다. 따라서 이 연구는 우선 경년변화라고 하는 메탄가 감소에 따른 LNG 연료의 품질 변화에 대한 기술적 이해를 위해 LNG 연료 추진선의 개발 배경과 LNG 연료의 품질 특성에 대해 살펴 본다.
이러한 경년변화 현상으로 인해 오토사이클 원리를 이용한 연소방식의 이중연료 기관의 경우 노킹 현상으로 인해 정상적인 운전이 불가능하거나 부품에 심각한 손상이 발생할 수 있음을 알 수 있었으며 이러한 기술적 지식을 바탕으로 LNG 연료 품질의 변화에 대한 선행연구 자료들을 살펴보고 이를 통해 이번 연구의 당위성을 확보하였다.
선박 연료유 품질관리에 관한 국제해사협약 및 국내 법 규정을 연구하고 이러한 규정이 LNG 연료의 품질을 적절하게 관리 하는데 문제없는지 연구하였으며 또한 엔진 제작사 및 해운회사와 면담을 통해 실제 운항되는 선박에 사용되고 있는 LNG 연료의 품질관리기준에 대한 자료와 LNG 연료 품질 문제로 인한 운항 상의 문제 사례 등을 참고하였다.
이를 바탕으로 메탄가에 대한 정보를 포함하고 있는 LNG 연료유 공급서, 연료유 견본, 물질안전보건자료에 대한 선주 및 연료유 공급자의 관리 의무를 강화하기 위한 LNG 연료 품질 관리를 위한 입법론적 개선방안을 제시하였다. 이번 연구는 경년변화라 불리는 LNG 연료의 품질 특성에 대한 이해와 LNG 연료 품질 관리의 중요성을 인식하고 향후 이와 관련된 국내외 법 규정의 개정 방향을 제시하는데 기초적인 연구자료로 활용될 것으로 기대된다.제1장 서론 1
제1절 연구의 배경 및 목적 1
제2절 연구의 범위 및 방법 7
제2장 LNG 연료 추진선 관한 일반적인 고찰 11
제1절 LNG 연료 추진선 개발 배경 11
제2절 LNG 연료 품질 특성 15
Ⅰ. 메탄가 16
Ⅱ. 경년변화 18
제3장 선박 연료유 품질 관리 관련 국내외 법 규정 21
제1절 선박 연료유 품질 관리에 대한 국제기준 21
Ⅰ. 국제표준화기구 21
Ⅱ. 해상인명안전협약 23
Ⅲ. 선박으로부터 오염방지를 위한 국제협약 25
Ⅳ. 가스연료추진선의 안전에 관한 국제기준 28
Ⅴ. 국제선급연합회 30
제2절 선박 연료유 품질 관리에 대한 국내기준 31
Ⅰ. 해양환경관리법 31
Ⅱ. 선박에서의 오염방지에 관한 규칙 33
Ⅲ. 석유 및 석유대체사업법 35
Ⅳ. 도시가스사업법 36
Ⅴ. 항만운송사업법 38
Ⅵ. 선박안전법 39
Ⅶ. 저인화점연료 추진선박 기준 40
제4장 LNG 연료 품질 관리에 대한 법 규정의 문제점 42
제1절 국제해사협약상 LNG 연료 품질 관리 기준 한계 42
Ⅰ. MARPOL 73/78상 연료유 공급서 및 견본 관리 기준 미적용 42
Ⅱ. SOLAS 협약상 물질안전보건자료 관리 기준 미적용 49
제2절 국내 법령상 LNG 연료 품질 관리 기준 한계 50
Ⅰ. 해양환경관리법상 연료유 공급서 양식 및 견본 관리 절차 부재 50
Ⅱ. 도시가스사업법상 연료유 품질 관리 기준 문제점 53
제5장 LNG 연료 품질 관리 관련 법 규정 개선방안 56
제1절 국제해사협약 개선방안 56
Ⅰ. MARPOL 73/78 개정방안 56
Ⅱ. SOLAS 협약 개정방안 59
제2절 국내 법령 개선방안 60
Ⅰ. 해양환경관리법 개정방안 60
Ⅱ. 선박에서의 오염방지에 관한 규칙 개정방안 62
Ⅲ. 도시가스사업법 개정방안 63
Ⅳ. 도시가스의 품질기준 등에 관한 고시 개정방안 63
제6장 결론 65Maste
Analysis of Radiated Emission Test Measurement Technology of Military Equipment using FFT receiver
No full text디지털 기술과 반도체 기술 등의 급격한 발달로 인하여 전자회로가 널리 사용되면서 여러 회로들이 밀집하여 함께 동작하는 상황이 많이 발생되고 있다. 이로 인해 전기/전자 장비 등으로부터 발생되는 전자파가 다른 전기/전자 장비에 영향을 미쳐 기기들이 원래의 목표대로 동작을 하지 못하거나 인체에 장해를 입힐 가능성 등 많은 문제점들이 나타나고 있다. 이를 해결하기 위해 전자기적합성(Electromagnetic compatibility: EMC)에 연구가 활발히 진행되고 있다.
군용기기의 전자파 규제를 다루는 MIL-STD-461G:2015 규격은 2015년도 12월에 공표되면서 EMI 시험에 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT) 측정수신기 사용이 가능하게 되었다. 하지만 기존의 스캔 방식과 FFT의 방식을 이용한 전자파 장해의 정확성을 분석하고 검증한 비교 데이터가 없었다.
본 논문에서는 동일한 시험대상품을 적용하여 RE102 시험 시 기존의 스캔 방식과 FFT의 방식에 대한 소요시간과 측정 결과 값을 비교하였고, 1 ㎓ 이상 주파수 대역의 복사방출 시험에서 측정시간을 줄일 수 있는 효율적 측정방안을 제안하였다. 시험시간의 단축으로 인해 시험의뢰 기업의 개발일정과 비용절감 등 많은 이점을 가져다 줄 것을 기대한다.1. 서 론 1
2. 고속푸리에 변환의 기본 이론 4
3. MIL-STD-461G 규격이해 9
4. RE102 실험 및 측정 결과 분석 19
5. 결 론 44Maste
A Legal Study on Responses to Control Greenhouse Gas Emissions from Ships
No full text지구는 자정작용이 있기 때문에 대기 중에 온실가스 농도가 높아지면 토양, 바다, 식물로 흡수되어 대기 중 온실가스 농도는 균형을 이룬다. 하지만 산업혁명 이후에 자정용량 이상으로 온실가스를 배출하여 대기 중 온실가스 농도가 계속해서 높아졌고, 이로 인해 전 지구적으로 기온이 상승하고 국지적으로 이상기후현상이 빈번하게 발생하였다. 따라서 인류는 온실가스 배출감축을 위한 전 지구적 조치를 마련하지 않으면 생존에 위협을 받는 상황에 직면하게 되었다.
이러한 문제에 대응하기 위해서 UN과 IMO에서는 여러 국제적 조치들을 마련했고, 이에 따라 우리나라에서도 국제적 조치들을 이행하기 위한 법안과 정책을 마련하였다. 이러한 국제협약 제정, 국내법 수용과 같은 일련의 과정들은 현재에도 활발하게 논의 및 진행이 되고 있기 때문에 현재 조치와 논의에 대한 동향을 파악하고, 조치의 법적이슈에 대해서 알아보도록 한다. 또한 효율적인 이행을 위하여 국내법과 정책을 마련하기 위한 방법에 대한 고찰이 본 연구의 목표이다.
먼저, 지구온난화 문제에 대응하기 위해서 UN차원에서는 기후변화협약, 교토의정서, 파리협약을 채택하였다. 또한 IMO 차원에서는 기술적 조치와 운항적 조치를 도입하였고, 이에 추가하여 시장기반조치를 도입하기 위한 논의가 현재 진행 중이다. 이러한 협약에 따른 온실가스 배출규제에 대해서 파악하고, 추후 도입될 배출규제에 대한 동향에 대해서도 검토했다.
그리고 그 다음은 앞에서 알아본 배출규제에 대하여 법적 이슈들을 검토했다. 법적이슈로는 첫째, UN의 공동·차별책임원칙(CBDR)과 IMO의 무차별원칙(NMFT)의 관계로 교토의정서에 의거하여 해운분야에 배출규제 위임받은 IMO는 배출규제를 적용함에 있어 기존 IMO에서 고수해오던 무차별원칙(NMFT)을 고수할 것인지, 공동·차별책임원칙(CBDR)을 적용할 것인지 아니면 이를 조화시킬 것인지에 대해서 검토하고 이를 어떤 방법으로 적용할 것인지 검토했다. IMO는 선박을 규제함에 있어서는 기존대로 무차별원칙을 적용하고, 추후 도입되는 시장기반원칙을 실현할 때에는 조성되는 기금을 통하여 개발도상국에 대한 배려가 반영되어야 할 것이다. 그리고 기존의 무차별원칙을 적용하는 법체계와 공동·차별책임원칙을 적용하는 새로운 법체계를 이원화하여 각자 발전시켜야 한다.
둘째, 탄소세에 대한 법적 지위를 파악했다. 탄소세는 탄소함유량 또는 상품의 생산과정에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 기준으로 부과하는 간접세의 일종이다.
셋째, 배출권거래제도에 대해서 검토하였다. 우리 배출권거래제도는 법적으로 그 성질을 명시적으로 규정하고 있지 않기 때문에 외국의 배출권거래제도에 대한 검토를 통해서 그 성질을 정의하였다. 이를 통해 탄소배출권의 권리성과 공권성에 대해서 파악할 수 있었다. 이와 더불어 EU 배출권거래제에 해운부문을 추가하는 것에 대한 역외관할권 측면에서 타당성을 검토해보았다. EU배출권거래제에 해운분야를 일방적으로 편입하는 것은 적절하지 않은 조치이다. 하지만 EU는 국제적인 지위와 환경보호라는 명분하에 이를 강행하였고, 곧 적용될 예정이다.
온실가스 배출규제가 강화되고, 감축해야 하는 목표치가 더욱 상향될 것으로 예상되는 현시점에서 우리나라는 대외적으로는 계속해서 변화하는 국제협약을 국내법으로 수용해야 하고, 대내적으로는 탄소배출량을 감축해야 하는 과제를 안고 있다. 이러한 상황을 반영하여 탄소중립기본법이 최근 국회를 통과하였다. 이 법은 파리협정에 따른 2030NDC 목표와 2050탄소중립을 법제화하였고, 목표 달성을 위해 여러 방안에 대한 내용을 담고 있다. 이 법안은 육상뿐만 아니라 해상에서의 온실가스 감축을 위한 방안으로 확대되어야 한다.
한편, IMO의 기술·운항적 조치는 MARPOL 73/78 부속서Ⅵ을 통해서 규정하고 있는데, 우리나라는 해양환경관리법을 통해 국내법으로 수용하고 있다. 하지만 해양환경관리법은 MARPOL 73/78 부속서Ⅵ과 상이한 구조로 구성되어 있다. 따라서 앞으로의 MARPOL 73/78 개정사항에 대해서 쉽게 수용하고 규정을 명확성을 확보하기 위해서는 MARPOL 73/78 부속서Ⅵ의 형태로 해양환경관리법의 제4장의 구조를 재편해야 한다.
탄소세와 배출권거래제를 국제해운산업에 적용하는 것은 우리 무역경쟁력을 약화시킬 것이다. 또한 국제해운산업의 탄소감축량은 NDC 감축실적에 포함되지 않기 때문에 탄소세와 배출권거래제를 국제해운산업에 적용하는 것에 대해서 회의적인 시각을 가지고 있다. 하지만 내항해운산업에는 적절한 감세와 지원을 통하여 이 제도를 도입해야 한다.
온실가스를 보다 효과적으로 감축하기 위해서는 탄소배출에 대해서 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 다양한 방식의 탄소발자국 측정을 도입하고, 탄소발자국에 대한 정보 인벤토리를 구축하여 효율적인 연구, 기술개발을 추진해야 한다. 또한 정확하고 섬세한 탄소발자국 측정은 기술적으로 어렵기 때문에 이 분야의 전문가 양성하고 국제적인 탄소발자국 측정 선도국이 될 수 있는 발판을 마련해야 한다.제1장 서론 1
제1절 연구의 배경 및 목적 1
제2절 연구의 방법 및 범위 4
제2장 온실가스 배출규제에 관한 일반적인 고찰 7
제1절 국제연합의 온실가스 배출규제 7
Ⅰ. 유엔기후변화협약 7
Ⅱ. 교토의정서 9
Ⅲ. 파리협정 13
제2절 국제해사기구의 온실가스 배출규제 18
Ⅰ. 개요 18
Ⅱ. 기술적 조치 19
Ⅲ. 운항적 조치 20
Ⅳ. 시장기반조치 21
Ⅴ. 국제해사기구의 선박온실가스 감축을 위한 초기전략 26
제3절 시사점 28
제3장 온실가스 배출규제에 따른 법적 이슈 검토 31
제1절 협약이행을 위한 적용원칙 31
Ⅰ. 공동·차별책임원칙의 적용 31
Ⅱ. 무차별원칙의 적용 34
Ⅲ. 무차별원칙의 조화 36
Ⅳ. 국제협약의 법적 구속력 38
제2절 탄소세의 적용 41
Ⅰ. 탄소세의 이론적 배경 41
Ⅱ. 탄소세의 적용방법 42
Ⅲ. 외국의 탄소세 적용사례 43
제3절 배출권거래제에 대한 법적 구속력 45
Ⅰ. 배출권의 법적 성격 45
Ⅱ. 유럽연합 배출권거래제의 법적 구속력과 적용 50
제4절 시사점 56
제4장 선박온실가스 배출규제 대응을 위한 국내법 정비 및 개선방안 58
제1절 탄소중립기본법 58
Ⅰ. 입법배경 58
Ⅱ. 주요내용 59
Ⅲ. 해운산업분야 적용방안 60
제2절 운항적·기술적 조치에 대한 법령 정비 62
Ⅰ. 현행법령 개선 방안 62
Ⅱ. 효율적 이행을 위한 선제적 법안 마련 64
제3절 시장기반조치의 법제화 67
Ⅰ. 탄소세의 국내법 수용 67
Ⅱ. 배출권거래제의 국내법 수용 73
제4절 탄소발자국의 도입 79
Ⅰ. 탄소발자국의 개념 79
Ⅱ. 탄소발자국의 측정방식 80
Ⅲ. 탄소발자국의 적용 83
Ⅳ. 탄소발자국 도입에 대한 제언 84
제5절 시사점 및 개선방안 85
제5장 결론 89Maste
A method of storing carbon dioxide and producing nano-sized vaterite through indirect carbonation using seawater
No full textOne of the three forms of calcium carbonate, vaterite, is a material with high specific surface area and porosity. When calcium carbonate is made into nano-sized vaterite, it is known that it has a favorable effect on product performance when used in various industrial fields such as pharmaceuticals and cosmetics, and research on its production is being actively conducted. However, in the past, it was disadvantageous in terms of economy and environment because organic solvents or strong acids were mainly needed to produce vaterite. In this study, solvent was used the seawater, a small amount of sugar was added when eluting calcium from a calcium source, and a study was conducted to produce nano-sized vaterite by CO2 bubbling in the prepared calcium eluate. The whole process was divided into three steps (preparation of calcium eluate before carbonation, carbonation, and stabilization after carbonation), and the effect on the content and particle size of vaterite was examined by controlling the conditions of each step. In order to produce nano-sized vaterite-type calcium carbonate, it was important to satisfy the conditions of each step, and the particle size of vaterite produced under the optimal conditions satisfying all three steps was very small at 683 nm. In the pre-carbonation step, it was essential to prepare a solution having an appropriate pH and calcium concentration. In particular, in the carbonation step, it was important to control the carbonation end pH, stirring speed, and ultrasonic strength. In the case of using agitation and ultrasonic waves separately, the particle size decreased as the stirring speed and ultrasonic intensity increased, respectively, but when both were used simultaneously, the effect was offset and the particle size increased. Also, the particle size was the smallest when the carbonation end pH was 8, and when it was lower or higher than 8, the particle size increased. In addition, when the stabilization step was performed after carbonation, the particle size could be further reduced by up to 200 nm. This study relates to a technology for producing nano-sized vaterite using seawater without using an organic solvent, which is very advantageous in terms of economy and environment.탄산칼슘의 세 가지 형태 중 하나인 vaterite는 높은 비표면적 및 다공성 등의 특징을 갖는 물질이다. 탄산칼슘을 나노사이즈 vaterite로 만들면 의약품, 화장품 등 다방면의 산업 분야에 사용했을 때 제품의 성능에 유리한 영향 미치는 것으로 알려져 이것을 생산하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존에는 이것을 생산하기 위하여 주로 유기 용매나 강한 산이 필요하였기 때문에 경제성이나 환경적인 측면에서 불리하였다.
본 연구에서는 용제로 해수를 사용하였고 칼슘소스로부터 칼슘을 용출할 때 소량의 설탕을 첨가하였으며, 제조된 칼슘 용출액에 CO2 bubbling하여 나노사이즈 vaterite를 생성하는 연구를 수행하였다. 전체 프로세스를 3단계(탄산화 전 칼슘 용출액 제조, 탄산화, 탄산화 후 안정화 단계)로 나누었으며, 각 단계의 조건을 조절하여 vaterite의 함량 및 입자크기에 미치는 영향을 살펴보았다. 나노사이즈 vaterite형 탄산칼슘을 생성하기 위해서는 각 단계의 조건을 만족하는 것이 중요하였으며, 세 단계를 모두 만족하는 최적조건에서 생성된 vaterite의 입자크기는 683nm로 매우 작았다. 탄산화 전 단계에서는 적절한 pH와 칼슘농도를 가지는 용액을 제조하는 것이 필수적이였으며, 특히 탄산화 단계에서는 탄산화종료 pH, 교반속도, 초음파 세기를 조절하는 것이 중요한 인자였다. 교반과 초음파 세기가 증가함에 따라 입자크기가 감소하는 경향이 나타났으며, 교반과 초음파를 동시에 사용하면 효과가 상쇄되어 입자크기가 증가하기도 하였다. 또한 탄산화종료 pH가 8일 때 입자크기가 가장 작았으며, 8보다 낮거나 높으면 입자크기가 증가하였다. 더불어 탄산화 후 안정화 단계를 거칠 경우 최대 200nm 정도 입자크기를 더 감소시킬 수 있었다. 본 연구는 해수를 이용한 간접탄산화를 통해 이산화탄소를 저장하고 나노사이즈 vaterite를 생성하는 기술에 관한 것으로 경제성과 환경적인 측면에서 매우 유리하다.1. 서 론 1
2. 연 구 방 법 5
2.1 실험 재료 5
2.2 실험 방법 5
2.2.1 해수와 설탕의 고액비가 nano-size vaterite 생성에 미치는 영향 (StepⅠ: pre-carbonation phase) 5
2.2.2 탄산화 종료 pH 조절을 통한 nano-size vaterite 생성 (StepⅡ: carbonation phase) 7
2.2.3 초음파와 교반 속도 조절을 통한 nano-size vaterite 생성 (StepⅡ: carbonation phase) 7
2.2.4 탄산화 후 안정화 단계가 nano-size vaterite 생성에 미치는 영향 (StepⅢ: post-carbonation phase) 7
3. 실험 결과 9
3.1 해수와 설탕의 고액비가 nano-size vaterite 생성에 미치는 영향 (StepⅠ: pre-carbonation phase) 9
3.2 탄산화 종료 pH 조절을 통한 nano-size vaterite 생성 (StepⅡ: carbonation phase) 16
3.3 초음파와 교반 속도 조절을 통한 nano-size vaterite 생성 (StepⅡ: carbonation phase) 22
3.4 탄산화 후 안정화 단계가 nano-size vaterite 생성에 미치는 영향 (StepⅢ: post-carbonation phase) 27
4. 결 론 33
5. 참 고 문 헌 34Maste
직접 에너지 적층 공정으로 니켈-알루미늄 청동합금 모재 위에 적층된 CuNi2SiCr 구리 합금의 특성에 관한 연구
No full textMarine propeller is one of the core components of ship power system. The quality of propeller manufacturing directly affects the performance and propulsion efficiency of the entire ship. Marine propellers have been immersed in a high-speed rotating environment for a long time. When rotating at high speed underwater, the propeller will be simultaneously scoured and corroded by seawater, as well as marine organisms. Therefore, various damages occurs on its surface, such as cavitation corrosion, cracks, and etc. Thus, the repair process of damaged propellers is an important research topic.
Nickel-aluminum bronze (NAB) is a Cu-Al-Ni-Fe-Mn series alloy in which nickel, iron and manganese are added to the Cu-Al binary alloy. NAB is widely used to fabricate marine propellers owing to its excellent corrosion resistance in seawater. This research proposes a repair method employing the metal additive manufacturing (AM) technique, rather than conventional welding. Of the various metal AM technologies, we studied directed energy deposition (DED), an advantageous approach to repairing damaged components. The DED process uses high-power lasers to melt metal powder and then solidify it on the site to be repaired to achieve the repair of damaged parts. For repairing NAB substrate, CuNi2SiCr copper alloy powder was used.
This study focused on the mechanical and corrosive properties of CuNi2SiCr deposited on the NAB substrate through DED. First of all, the optimal parameters of the DED process were established by varying the laser power, powder feed rate, scanning speed, coaxial gas flow, and powder gas flow rate. Afterward, the mechanical properties of the deposited material and substrate were studied through microhardness, tensile tests and Charpy impact test. The microstructure observation showed that the microstructure of the deposition layers was -Cu, characterized by low strength, hardness and high toughness. The NAB substrate exhibited higher hardness and strength than the CuNi2SiCr deposited, because it was composed of a typical + solid solution and different intermetallic phases. Additionally, the tensile strength and elongation of the deposited specimens were lower than those of the substrate because the deposition layers have micropores. Moreover, the impact test shows that the toughness of the deposited specimen is 4.5 times that of the substrate specimen, which is attributed to the deposition layer containing more high-toughness phases.
The result of electrochemical corrosion test shows that the corrosion current density of the deposited specimens (11.8 μA/cm2) is slightly higher than that of the substrate (13.06 μA/cm2), which indicates that the CuNi2SiCr deposited has slightly better electrochemical stability. This is because there are multiple phases in the substrate, and the corrosion potentials of different phases are different, which form a miniature galvanic cell and speed up the electrochemical reaction process. The results of the cavitation erosion test show that the corrosion rate of the deposited under the mechanical impact of bubbles is significantly higher than that of the NAB substrate, owing to its low hardness and the presence of pores. Although there were pits and cracks on the corroded surface of the substrate, it exhibits a relatively flat shape. The result of static immersion test shows that the mass loss rate of the substrate is significantly lower than that of the deposited due to a dense protective Al2O3 oxide film formed on the surface of the NAB substrate.
This study indicates that it is feasible to deposit CuNi2SiCr copper alloy powder on NAB substrate by DED, which provides a new idea for repairing NAB parts through metal additive manufacturing. However, the main problem is that the performance of the repaired area is lower than that of the substrate material. In future research, the focus should be on reducing the internal porosity and enhancing its hardness and strength of the CuNi2SiCr deposited parts.Chapter 1 Introduction 1
1.1 Overview of marine propeller 1
1.1.1 Common materials and development status 1
1.1.2 Common types of corrosion of marine propeller 6
1.1.3 Protection and repair process of marine propeller 9
1.2 Overview of nickel-aluminum bronze (NAB) 12
1.2.1 Metal element composition of NAB 13
1.2.2 Phase compositions of NAB 14
1.2.3 Corrosion behavior of NAB 16
1.3 Metal additive manufacturing (AM) technology 17
1.3.1 AM technology methods and classification 18
1.3.2 Research status of AM technology 20
1.3.3 Copper and copper alloy materials for AM 22
1.4 Thesis research methods and goals 24
Chapter 2 Experimental Methods 26
2.1 Materials 26
2.2 Experimental equipment 28
2.3 Characterization method of materials properties 29
2.3.1 Microstructure analysis 29
2.3.2 Hardness measurement 29
2.3.3 Tensile test 30
2.3.4 Charpy impact test 31
2.3.5 Electrochemical corrosion test 31
2.3.6 Cavitation erosion test 32
2.3.7 Static immersion test 33
Chapter 3 Influence of Process Parameters on the CuNi2SiCr Deposition 35
3.1 Effects of process parameters on single track 35
3.2 Effects of process parameters on multi-layer deposition 38
Chapter 4 Mechanical Properties of NAB and CuNi2SiCr Deposited 41
4.1 Microstructure 41
4.2 Microhardness 49
4.2.1 Influence of different laser parameters on microhardness 49
4.2.2 Hardness change from deposit to substrate 50
4.3 Tensile properties 52
4.3.1 Results of tensile test 52
4.3.2 Tensile fracture mechanism 54
4.4 Impact energy absorption properties 57
Chapter 5 Corrosive Properties of NAB and CuNi2SiCr Deposited 60
5.1 Electrochemical behavior 60
5.1.1 Open circuit potential (OCP) 60
5.1.2 Potentiodynamic polarization curves 61
5.1.3 Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) 64
5.2 Cavitation erosion behavior 67
5.2.1 Results of cavitation test 67
5.2.2 Cavitation erosion mechanism 72
5.3 Static immersion corrosion behavior 74
5.3.1 Results of static immersion test 74
5.3.2 Corrosion mechanism 78
5.3.3 EIS with various corrosion time 87
Chapter 6 Conclusions 95
References 98Maste