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펄프·제지 산업에서의 프랙탈 기하 원리 및 그 응용
The Principles of Fractal Geometry and Its Applications for Pulp & Paper Industry 원문보기

펄프 종이기술 = Journal of Korea TAPPI, v.47 no.4, 2015년, pp.177 - 186  

고영찬 ,  박종문 (충북대학교 임산공학과) ,  신수정 (충북대학교 임산공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Until Mandelbrot introduced the concept of fractal geometry and fractal dimension in early 1970s, it has been generally considered that the geometry of nature should be too complex and irregular to describe analytically or mathematically. Here fractal dimension indicates a non-integer number such as...

주제어

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문제 정의

  • 프랙탈 차원을 정하는 데 있어서도, 지금까지 언급한 방법 이외에도, Richardson plot 방법, fast Fourier transform/power spectrum density 방법, Variogram 방법, 컴퓨터 시뮬레이션, wavelet 분석 방법 등을 들 수 있다.4-7,9-14) 이러한 방법 중, Richardson 방법은 가장 간단하여, 보편적으로 사용되고 있으며, 프랙탈 기하학의 기본 원리를 이해하는 데 도움이 되어, 여기에 기술하고자 한다.11)
  • 본 논문은 프랙탈 기하학이 가지고 있는 그 근본 원리를 규명한 후, 이 원리를 실제로 어떻게 응용할 수 있는지를, 펄프와 제지 산업을 중심으로 제시하고자 한다.
  • 이들 중 펄프제지 제품의 성능에 가장 중요한 영향을 주는 물성의 하나인 표면 거칠음도를 예로 프랙탈 기하 학의 응용에 관하여 언급하고자 한다.

가설 설정

  • 끝으로, 자연이 프랙탈 기하학을 갖고 있다는 것은, 자연은 균일(uniform)하나, 그저 우연한 기회(chance)에 의하여 만들어지는 것이 아니고, 주어진 기능을 수행하기 위해 에너지 측면으로 가장 효율적인 구조나 시스템이라는 것을 가르친다.
  • 서두에 언급하기를 자연에 존재하는 물체나 현상은 복잡하고, 불규칙하여, 마치 우연히(random chance) 형성되어, 그 빈도 분포 모양도 마치 동전이나 주사위를 반복하여 던져 얻는 정규 빈도 분포(normal frequency distribution) 특성을 가지는 것으로 흔히 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Richardson plot방법 사용 시 주의해야 할 점은 무엇인가? 그러나, 여기서 주의할 점은 측정 길이는 해상도에 좌우되므로, 측정 결과를 잘못 판단하지 않기 위해서는 측정한 조건(specification)을 분명히 살펴야 할 필요가 있다. 같은 물체라도 측정 방법과 조건에 의해 결과가 달라질 수 있으므로, 측정된 값을 의미 있게 비교하려면, 같은 조건에서 측정함이 요구된다.
유클리드 기하의 특성은 무엇인가? 유클리드 기하의 특성은 정수(integer)와 차원(di-mension)으로 물체를 나타내는 데, 점(point)을 0차원으로 시작하여, 선은 1차원, 면적은 2차원, 부피는 3차원으로 표시한다.
자연이 프랙탈 기하학을 갖고 있다는 것은 무엇을 의미하는가? 끝으로, 자연이 프랙탈 기하학을 갖고 있다는 것은, 자연은 균일(uniform)하나, 그저 우연한 기회(chance)에 의하여 만들어지는 것이 아니고, 주어진 기능을 수행하기 위해 에너지 측면으로 가장 효율적인 구조나 시스템이라는 것을 가르친다.
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참고문헌 (32)

  1. Mandelbrot, B. B., Fractal Geometry of Nature, W. H. Freeman and Company, San Francisco (1982). 

  2. Gleick, J., Chaos: Making a New Science, Viking Penguin Inc., New York (1987). 

  3. Briggs, J., Fractals: The Patterns of Chaos, Simon & Schuster (1992). 

  4. Barnsley, M. F, Fractals Everywhere, Mogan Kaufman, 2nd ed. (1993). 

  5. Kaye, B. H., A Random Walk Through Fractal Dimensions, VCH (1989). 

  6. Russ, J. C., Fractal Surfaces, Plenum Press, New York and London (1994). 

  7. Falconer, K., Fractal Geometry: Mathematical Foundations and Applications, 2nd ed.,Wiley (2003). 

  8. Niemeyer, L., Pietronero, L., and Wiesmann, H. J., Fractal dimension of dielectric breakdown, Phys. Rev. Lett. 52(12):1033-1036 (1984). 

  9. Bannon, T. J., Fractals and transformations, Math. Teach. 81(3):8-185 (1991). 

  10. Schroeder, M., Fractals, Chaos, Power Laws, Dover Publications, Inc., New York (1991). 

  11. Richardson, L., The problem of contiguity, General Systems Yearbook for the Society for General Systems Research 6:131-187 (1981). 

  12. Kaiser, G., A Friendly Guide to Wavelets, Birkhauser (1994). 

  13. Argoul, F., Arneodo, A., Grasseau, G., Gagne, Y., Hopfinger, E. J., and Frisch, U., Wavelet analysis of turbulence reveals the multifractal nature of the Richardson cascade, Nature 338:51-53 (1989). 

  14. Cody, M. A., The Fast Wavelet Transform, Dr. Dobb's J., pp. 16-28 (1992). 

  15. Mandelbrot, B., How long is the coast of Britain? Statistical self-similarity and fractal dimension, Science, New Series 156(3775):636-638 (1967). 

  16. Allan, G. G. and Ko, Y. C., The Microporosity of pulp: The forces influencing the intra and inter-fiber pore structure and pore size distribution in pulp and paper, Cellulose Chem. Technol. 29:479-485 (1995). 

  17. Emerson, R. W., Nature in "Selected Writings of Ralph Waldo Emerson", A Signet Classic (1965). 

  18. Schaefer, D. W., Polymers, fractals, and ceramic materials, Science 243(4894):1023-1027 (1989). 

  19. Kaye, B. H. Characterizing the flowability of a powder using the concepts of fractal geometry and chaos theory, Particle & Particle Systems Characterization 14(2):53-66 (1997). 

  20. Keller, J. B., Flow in random porous media, Transport in Porous Media 43:395-406 (2001). 

  21. Rigby, S. P. and Gladden. L. F., The prediction of transport properties of porous media using fractal methods and NMR experimental techniques, Chem. Eng. Sci. 54:3503-3512 (1999). 

  22. Militky, J. and Bajzik, V., Surface roughness and fractal dimension, J. Textile Institute 92(3):91-113 (2001). 

  23. Thompson, A. H., Katz, A. J., and Krohn, C. E., Method and means for determining physical properties from measurements of microstructure in porous media, US patent 4,628,468 (1986). 

  24. Kearney, M. M., Petersen, K. R., Vervloet, T., and Mumm, M. W., Fluid transfer system with uniform fluid distributor, US patent 5,354,460 (1994). 

  25. Kearney, M. M., Fractal cascade as an alternative to inter-fluid turbulence, US patent 5,938,333 (1999). 

  26. Kearney, M. M., Fractal device for mixing and reactor applications, US patent 6,742,924 (2004). 

  27. Armstrong, R. L., Shalaev, V. M., and Smith, H. V., Sensors employing nanoparticles and microcavities, US patent 6,781,690 (2004). 

  28. Niemark, A. V. and Unger, K. K., J. Colloid. Interf. Sci. 158:412-419 (1993). 

  29. Niemark, A. V., Determination of the surface fractal dimensionality from the results of an adsorption experiment, Russ. J. Physical Chemistry 64(10):1397-1403 (1990). 

  30. Neimark, A. V., Ruetsch, S., Kornev, K. G., Ravikovitch, P. I., Poulin, P., Badaire, S., and Maugey, M., Hierarchical pore structure and wetting properties of single-wall carbon nanotube fibers, NANO Letters 3(3):419-423 (2003). 

  31. Miller, B. and Tyomkin, I., Liquid porosimetry: New methodology and applications, J. Colloid. Interf. Sci. 162:163-170 (1994). 

  32. Shinnar, M., Wavelet analysis of fractal systems, US patent 5,471,991 (1995). 

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