초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 4차산업 혁명의 구현을 위해 멀티모달 거동을 고려한 광대역 랜덤가진 대응형 파이프라인 에너지 수확기의 설계, 해석 및 이의 제작에 관한 기술개발 목표를 성공적으로 달성함. 본 개발된 에너지 수확기는 가스나 오일 등 위험물질을 수송하는 파이프라인의 관 내부 혹은 관 외부에 설치되어 파이프라인의 누설이나 온도 등을 검측하고 그 결과를 기지국과 통신하는 무선 센서 네트워크 (Wireless Sensor Networks; WSN)의 구성을 위한 독립된 센서 노드들의 전력공급원으로 사용되며, 공기역학적으로 최적의

□ 연구개요
본 연구는 4차산업 혁명의 구현을 위해 멀티모달 거동을 고려한 광대역 랜덤가진 대응형 파이프라인 에너지 수확기의 설계, 해석 및 이의 제작에 관한 기술개발 목표를 성공적으로 달성함. 본 개발된 에너지 수확기는 가스나 오일 등 위험물질을 수송하는 파이프라인의 관 내부 혹은 관 외부에 설치되어 파이프라인의 누설이나 온도 등을 검측하고 그 결과를 기지국과 통신하는 무선 센서 네트워크 (Wireless Sensor Networks; WSN)의 구성을 위한 독립된 센서 노드들의 전력공급원으로 사용되며, 공기역학적으로 최적의 블러프 바디를 가지거나 공진점에서 발생하는 와류유발진동의 공진(VIVR)과 갤로핑 특성이 연성된 최적의 고효율 에너지 수확기임을 국제 저명저널의 게재를 통해 증명함.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 와류유발진동의 공진에너지(VIVR)과 갤로핑(Galloping)을 모두 이용하여 낮은 유속에서부터 현실적인 관심 최대 유속에 이를 때를 모두 포함하는 광대역 랜덤가진 대응형 파이프라인 에너지 수확기의 설계, 해석 및 이의 제작에 관한 3년간의 연구를 수행함. 본 연구에서는 1) CFD를 이용하여 파이프라인의 내/외부 진동특성을 검측 및 실험을 통해 조사하여 특성 분석을 통해 파이프라인에서 최적의 에너지 수확기 구성에 사용함. 2)VIV 및 갤로핑 현상의 기본 특성 및 이의 연성효과를 이론 및 실험을 통해서 규명하는 연구를 진행하며, 낮은 풍속에서 일어나는 VIV와 이후 임계속도를 지나 시스템의 불안정성에 기인한 갤로핑을 성공적으로 연성하여 3) 낮은 유속에서는 삼각형 형태의 블러프 바디가 높은 유속에서는 W형태의 블러프 바디로 바뀌는 Transform 구조의 고효율 에너지 수확기를 개발해서 기존에 삼각형단면의 블러프 바디 보다 23% 더 높은 파워 효율의 향상을 달성했음. 또한 파이프라인에서의 광범위 유속 대응형 진동에너지 수확기의 실장 연구 및 개선의 일환으로 4) 수확기의 실제 제작 시 미치는 영향을 이론 해석 및 실험을 통해 상세히 규명하였음. 5)각 연차별로 총 3개 이상의 P/T의 제작이 이루어졌으며 그 결과 2건의 특허출원/등록 및 4건의 JCR 논문게재 목표를 달성하였고 연차별로 정한 에너지 분야를 전공한 4명의 석박사 인력의 배출을 통해 인력양성에 대한 목표 또한 달성함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구가 성공적으로 이루어진 결과 1) 블러프 바디 최적 형상 설계 및 제작 기술, 2) VIVR 및 갤로핑의 매칭을 통한 광대역 랜덤가진 대응형 에너지수확기의 해석, 최적설계 및 제작기술, 3) 파이프라인의 내/외부 진동특성 검측, 분석 및 데이터 추출기술, 4) CFD를 통한 파이프의 진동 유동 특성의 관찰 및 분석 기술 5)대역폭매칭과 다안정 시스템 구현을 통한 성능개선점 도출/설계기술을 확보하였고 이러한 원천기술 개발을 통해 1) 높은 에너지 수확 효율 및 신뢰성을 가지는 에너지 수확기 및 2) 파이프라인의 진동 에너지 수확과 이를 통해 상기 센서노드의 독자적 에너지 공급으로 파이프라인의 손상에 따른 인명손실과 경제적 손실을 최소화하여 막대한 부가가치의 창출이 기대되며 3) 이러한 최첨단 가공기술을 익힌 고급인재를 배출하여 국내 차세대 성장 동력의 토대를 구축할 수 있다고 판단됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 연구개발의 필요성 ... 4
• 1.2. 최종목표 및 내용 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 2.1. 1차 년도 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 2.2. 2차 년도 연구수행내용 및 연구결과 ... 9
• 2.3. 3차 년도 연구수행내용 및 연구결과 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 28