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같은 발전기를 설계를 해도 서로 효율이 다른것은 어떤 차이 때문에 그런가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.발전기는 여러 형식이 있으나가장 큰 비중을 차지하는 발전기 방식은 증기 터빈 방식 입니다.증기 터빈의 효율은 여러 가지 내부 손실의 저감과 관계 됩니다.증기터빈에서의 손실은 블레이드(blade)손실, 누설손실, 압력손실, 배기손실, 베어링손실 등 입니다.따라서 손실을 어떻게 줄이도록 설계를 하느냐에 따라 효율은 달라집니다.블레이드 손실 저감 방법블레이드 손실의 저감은 CFD를 구사한 3차원 설계 블레이드의 개발과2차 흐름손실을 저감시키는AFP(Advanced Flow patterns; AFP)나 프로파일(profile)손실 저감을위하여 반동도(degree of reaction)를 높인 최적반동도 블레이드를 개발이 필요누설 손실 저감은 스너바 블레이드(snubber blade)가 주류를 이루고 있으며, 씰(seal)부의 간격이 기존보다 작아도 회전부와 정지부의 접촉 진동이 최대한 발생하지 않는 씰(seal)기술을 개발하여 누설 손실을 저감압력 손실컴퓨터 발달에 따른 대규모 해석으로, 증기터빈 내부의 보다 복잡한 흐름의 손실평가배기손실저압 터빈은 압력변화에 의한 체적 팽창률이 크므로 확대유로(divergent duct)로부터 증기 가이드, 배기실의 형상을 최적화하는것이 중요하기에,이들 형상은 CFD에 의해 최적화하고 모델시험이나실제조건의 증기를 사용한 시험설비에 의해 검증되고실제 터빈에 적용베어링 손실.윤활유의 아래쪽 패드에 직접공급이나 구조변경에 의해 윗면과 아래 면의 공급유량을 조정함으로써 베어링 손실을 저감하는 기술 적용결론적으로증기터빈의 효율을 향상시키기 위해서는 터빈 내부의 에너지 손실을저감하고 증기조건의 향상이 반드시 필요하기에재열 증기 터빈의 설계가 기본이되고터빈의 고온부에 적용하는 합금의 개발, 재료특성의 파악 / 제조 특성 검증이 중요합니다.
학문 / 기계공학
24.10.16
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기계 설계를 할 때 기계 수명에 대한 염두를 두고 하는 경우도 있나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계 설계의 윈칙을 9가지로 나열해보면1, 기계설계의 역할 기계설계의 중요성을 파악 전체적으로 시스템, 구성요소, 엔지니어랑 원칙, 기능, 제조 고려사항 적용을 파악해야함2, 설계 고려사항 목적, 기능, 안전, 환경영향, 제조가능성/비용효율성 등을 고려해야함3, 재료 선택재료마다의 디자인 성능/ 내구성에 영향을 미치므로 금속, 고분자, 세라믹 등 재료 선택시 강도, 무게, 내식성, 열적 특성, 비용 등을 고려 해야함.4, 응력/ 구조해석 구조적 무결성 디자인을 위해 힘의 분포, 하중상태에서 재료의 상태예측, 설계의 작동조건 감당가능성 등 확인 필요5, 기계적 동력전달 시스템 설계 성능 최적화 위한 토크, 기어비, 속도 및 기계적 효율성 검토 필요6, 제조 가능성 고려 설계가 실제 제품으로 효과적으로 변환 가능 한 지에 대해 공차분석 , 어셈블리 고려사항, 부품 통합 등 개념을 설계에 포함해야함7, 인적요소/ 인체공학 고려 인체측정 데이터, 인체공학 원리 이해로 인체공학/ 인적요소 고려한 시스템 설계 고려 포함8, 프로토 타입 생산 및 테스트 래피드 프로토타입핑 및 3D 프린팅 같은 다양한 프로토타입 제작 방법 모색으로 설계결함 식별 및 성능최적화 고려9, 지속가능성 설계 수명 주기 평가, 에코디자인, 재생에너지 통합 같은 개념 접목으로 재료 재활용, 에너지 효율 시스템 및 지속가능 제조방식을 검토 해야함정도로 설계 필수 고려 사항이 나열가능합니다.말씀하시는 기계 수명 고려 부분은 결국 기계 시스템의 구조해석 및 사용 될 올바른 재료 선택에 따른 내구성 검토 분야에서 설계 시 고려되어야 할 부분으로 포함되어 있습니다.
학문 / 기계공학
24.10.16
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인공지능이 우리 사회의 많은 부분을 대체하게 될 미래에서, 인간을 해칠것같나요??
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 전망 인공지능은 현재까지도 지속적으로 발전하고 있으며, 앞으로도 더 많은 분야와 산업에 적용될 것으로 예상됩니다. 인공지능의 발전과 전망에는 다음과 같은 트렌드가 있습니다.인공지능과 사람의 협업 : 인공지능은 사람의 역량을 보완하고 확장할 수 있는 파트너로서 역할을 할 것입니다. 인공지능은 사람의 창의성, 감성, 판단력 등을 지원하고, 사람은 인공지능의 학습, 윤리, 책임 등을 관리하고 감독할 것입니다.인공지능과 사회의 상호작용 : 인공지능은 사회적인 존재로서 사람과 소통하고 협력할 수 있는 능력을 갖추게 될 것입니다. 인공지능은 사람의 언어, 표정, 몸짓 등을 이해하고, 적절한 반응과 피드백을 제공할 것입니다.인공지능과 환경의 조화 : 인공지능은 지구와 자연에 친화적이고 지속 가능한 방식으로 활용될 것입니다. 인공지능은 에너지 효율성, 재활용, 탄소 저감 등에 기여하고, 기후 변화, 환경오염, 생물 다양성 감소 등에 대응할 것입니다...2, 사례의료질병 진단, 치료 계획, 환자 모니터링의료 영상, 유전자 검사, 증상 분석 등을 통해 다양한 질병을 정확하고 빠르게 진단할 수 있습니다. 또한 인공지능은 환자의 개인 정보와 의료 데이터를 바탕으로 맞춤형 치료 계획을 수립하고 실행웨어러블 기기, 스마트폰, 원격 카메라 등을 통해 환자의 건강 상태를 지속적으로 모니터링하고 관리한계인공지능은 데이터와 알고리즘에 의존합니다.데이터와 알고리즘에는 오류나 편향이나 차별이나 위험이 포함될 수 있습니다. 이러한 문제들은 인공지능의 정확도와 신뢰도를 저하시키고, 의료의 공정성과 질을 해치고, 의료 이해관계자들의 권리와 책임을 침해할 수 있습니다.인공지능은 의사의 역할을 대체하거나 보조하거나 협력하거나 경쟁하거나 감독하거나 감독받는 등의 다양한 관계를 형성할 수 있습니다. 또한 인공지능은 환자의 역할을 수동적인 수용자에서 적극적인 참여자로 바꾸거나, 환자 간의 협력이나 경쟁이나 소속감이나 갈등 등의 관계에 영향을 줄 수 있습니다.보안 분야얼굴 인식, 지문 인식, 음성 인식딥러닝과 컴퓨터 비전 등의 기술을 활용하여 얼굴 이미지나 영상에서 특징점을 추출하고 벡터화하여 데이터베이스와 비교하고 매칭하는 과정을 통해 얼굴 인식을 수행범죄 예방, 수사, 법정 판결 등에 사용CCTV 영상 분석, 얼굴 인식, 행동 분석, 위험 요인 탐지 등의 기술을 활용지문 인식, DNA 분석, 음성 인식, 거짓말 탐지 등의 기술을 활용법정 판결을 위해 판례 분석, 판결 예측, 판결 작성 등의 기술을 활용한계스팸탐지, 피싱탐지, 침입탐지대응, 악성코드탐지분석 등에 인공지능 기술을 적용할 수 있으나윤리적·기술적으로 해결해야 할 문제가 많은데, 인공지능의 악용, 데이터의 윤리, 인공지능의 취약성, 인공지능의 윤리 등 문제로 인해 인공지능을 위한 보안, 즉 ‘Security for AI’에 대한 요구도 점점 더 증대되고 중요해질 것위와같이인공지능은 인공지능은 의료, 교육, 보안, 게임 등 여러 분야에서 활용되고 있으며, 많은 장점과 가능성을 가지고 있으나 데이터와 알고리즘의 윤리와 품질, 인간의 역할과 관계, 인공지능의 취약성과 보안 등의 문제를 해결해야 합니다. 또한 인공지능은 복잡한 문제에 대한 학습과 평가, 사용자의 만족도와 난이도의 균형, 인공지능의 윤리와 사회적 영향 등의 문제를 해결해야 합니다.
학문 / 기계공학
24.10.16
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냉장고 와 냉동고의 기계적 설계는 거의 비슷한 가요
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.일단 일반 가정에서 쓰는 냉장고를 예로 든다면냉장고 자체에 봉입된 냉매는 한가지 뿐입니다.그리고 전체 시스템을 순환시키는 압축기도 한대 뿐인데요그에 따라 실질적으로 온도를 낮추는 부위인냉매가 증발하면서 냉장고내 공기의 열을 흡수하는 증발기도 하나입니다.그렇다면냉장실과 냉동실 온도제어가 어떻게 따로 가능한가는냉장실의 온도는 증발기가 있는 것이 아니라냉동실에서 냉기를 팬모터를 사용하여 냉장실로 옮겨 오고냉장실의 따뜻한 공기는 다시 냉동실로 옮겨 보내는 것이 원리 입니다냉장고는 문이 열리면 상이건 하이건모든 동작이 정지하고 램프만 켜집니다모든 동작이 정하는 이유는팬모터가 만약에 돈다면이때 냉기를 금방 냉동실에서 빼내 냉동실이 해동이 될 가능성이 있어서 입니다그럼 냉장 냉동이 같이 있는 것이 아닌냉장 기능만 있는 장비의 경우는원하는 온도에 따른 압축기 동작 및 그에 따른 증발기에서의 증발을 통한 열 흡수가 일어나는 방식입니다.일반 가정에서 사용하는 냉장 냉동고의 경우에 쓰이는 냉매는그 온도에 맞는 냉매가 사용되는데냉매마다 증발하는 온도가 특성이 모두 다릅니다.그 말인 즉더 낮은 온도에서도 그 실내의 열을 뽑아내서 증발이 가능하다즉 실내를 더 낮은 온도로 더 내릴 수 있는 특성을 가진 다는 말이 되는데요소위말하는 대형 냉동창고에서 사용되는 냉동고내 냉동 장치들은그에 맞는증발온도가 상당히 낮은 냉매를 사용하여영하 40도 이하 까지 내릴 수 있습니다.
학문 / 기계공학
24.10.15
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설비 배관을 연결하는 방법으로 나사있는 부속을 사용하거나 용접을
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.말씀대로이전에는 일반적인 볼트결합 클램프 방식이나 용접, 작은 배관은 그냥 일반 조인트로 테프론 감아서 결합하는 방식이 주를이뤘으나최근에는 배관 압착 방식 공법이 많이 사용 됩니다.SP 조인트라고 많이 부릅니다만실질적으로는이중링 SR 조인트라고 부르는게 맞긴한데요시공 방법도 편할 뿐 아니라 깔끔하고용접에 의한 화재관련 위험도 없고시공 기간도 짧아 여러모로 많이 사용됩니다.시공 시일직선 삽입을 안하거나 무리한 힘 가할 시내부 고무링 손상에 따른 누수가 발생되나정확하게 시공만 잘 한다면상용 압력 3~4배 수압 걸어 누수검사를 해도이상없이 통과됩니다.
학문 / 기계공학
24.10.15
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엔진의 베어링은 어떤 역할을 하는 건가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 엔진 베어링 작동 방식엔진 베어링의 작동 원리는 엔진 회전 부품의 특정 기하학적 위치 제약을 충족하기 위해 내부 및 외부 롤링 링과 여러 롤링 요소 사이의 "롤링-슬라이딩" 복합 모션 모드를 사용하는 것입니다. 롤링 접촉은 거대한 것을 전달합니다. 방사형 엔진 작동 중에 발생하는 축 추력과 구름 운동 특성으로 인해 내륜과 외륜 사이의 운동 저항과 에너지 손실을 크게 줄입니다.2, 엔진 베어링의 주요 기능 / 역할 회전 구성요소 지원: 엔진 베어링은 엔진 블록 내 크랭크샤프트 및 커넥팅 로드와 같은 중요한 구성요소의 원활한 회전을 지원하고 촉진합니다. 마찰 감소: 작동할 수 있는 저마찰 표면을 제공하여 크랭크샤프트와 엔진 블록과 같은 움직이는 부품 사이의 마찰을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 베어링 작동 하중: 엔진 작동 중에 크랭크샤프트와 같은 회전 부품은 피스톤의 엄청난 연소 충격력과 토크 하중을 견뎌야 합니다. 또 다른 중요한 엔진 베어링의 기능은 이러한 심각한 동적 하중을 전달하고 회전 부품이 변위되거나 손상되는 것을 방지하는 것입니다. 충격 흡수: 엔진 연소 과정에서 발생하는 충격과 진동을 흡수하고 완화하여 엔진 작동을 더욱 부드럽고 조용하게 해줍니다. 유지 윤활제: 엔진 베어링은 오일막을 유지하고 엔진 전체에 적절한 오일 흐름을 보장하여 움직이는 부품 사이의 적절한 윤활을 유지하는 데 도움을 줍니다. 정도로 나열 가능하겠습니다.
학문 / 기계공학
24.10.15
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열역학의 제1법칙과 제2법칙의 개념과 차이점은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.열역학 제1법칙은 에너지 보존 법칙이라고도 하며, "에너지는 생성되거나 파괴되지 않고, 단지 다른 형태로 변환될 뿐"이라는 원리를 설명합니다. 이는 계에 가해진 열(Q)이 시스템 내부 에너지를 변화시키거나, 일을 하는 데 쓰인다는 개념입니다.예시로는 자동차 엔진을 들 수 있는데 연료가 연소하면서 발생한 열이 엔진의 피스톤을 밀어 일을 하게 됩니다. 이 과정에서 열에너지가 기계적 에너지로 변환되며, 열역학 제1법칙에 따라 연료에서 발생한 에너지가 엔진에서 일을 하거나 일부는 배기가스로 배출됩니다.열역학 제2법칙은 엔트로피(Entropy)라는 개념을 통해, 자연 현상에서 에너지의 자발적 흐름에 대한 제한을 설명합니다. 이 법칙에 따르면, 고온에서 저온으로의 자발적인 열 이동은 가능하지만,그 반대는 외부에서 에너지를 가하지 않으면 불가능하다는 것입니다. 또한, 고립된 계에서 엔트로피는 항상 증가하거나 일정하게 유지되며, 감소할 수 없습니다.이걸 억지로 해석하자면 무질서 의 개념 정도 되는데물과 설탕을 섞어 설탕물이 되는 과정을 예를 들면컵에 든 물 속에 막 설탕을 넣은 상태는 엔트로피가 낮은 상태라 하면시간이 흐르면서 물전체가 고르게 설탕물이 되었을 때를 엔트로피가 높은 상태라 부르게 됩니다.이와같이 세상 모든 것은 엔트로피가 낮은 상태에서 높은 상태로 향하게 됩니다.이렇게 엔트로피는 증가한다 는 법칙이 열역학 제 2 법칙으로모든 에너지 중 열에너지가 엔트로피가 가장 높기에전기 및 운동에너지 등 모든 에너지는 결국 열에너지로 바뀌고,그 반대과정은 엄청 힘들다는 것을 말합니다.예시로는증기기관을 들 수 있는데 고온의 증기로부터 일을 하지만, 이 과정에서 일부 에너지는 열로 손실됩니다. 열역학 제2법칙에 따르면, 완벽하게 에너지를 기계적 일로 변환할 수 없으며, 일부는 항상 손실되어야 합니다.
학문 / 기계공학
24.10.15
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3D 프린팅과 설계는 별개로 진행이 된는건가요? 아니면 시너지 인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.3D 프린팅 이라 해서도면이 필요없는 것은 아닙니다.기본적으로 원하는 기계적 설계물에 대한 도면을 입력해야3D 프린터 에서 적층 방식으로 출력을 하게 됩니다. 3D프린팅 도면 제작용 프로그램으로 엔지니어가 표현가능한 수준의 도면과 형상이 너무 비정형적이라 도저히 프로그램으로 제작이 불가능할 경우 3D 스캐너를 통해 스캔 형식으로 도면을 제작하게 됩니다. 스캐너에는 크게 접촉식/ 비접촉식 방식으로 나뉘게 됩니다.3D 프린팅이 설계에 있어서 시너지를 내는 장점은비용절감평상 시 기계제작 시 많은 자재가 낭비되나, 3D 프린팅 통한 필요한 만큼의 자재만 사용하여자재비도 줄고 폐기물도 감소합니다.또한 생산과정에서의 금형제작 등 추기비용 또한 들지 않아기존 방식에 비해 비용이 절감됩니다.빠른 제작 및 유연3D 프린터를 통해 생산속도 향상 및 유연성 향상으로 시장변화에 신속 대응 가능하고프로토타입 (시제품) 생산을 신속히 가능하여, 개선사항을 즉시 반영 가능하기에개발 및 생산 기간이 단축 됩니다.설계 자유도 향상기존 제조 방식(절삭가공 및 금형가공 등) 으로는 불가능 한복잡한 형태의 제품도 쉽게 제작가능하여 설계 자유도가 상승 합니다.간단히 이 정도의 영향만 하더라도3D 프린터의 존재는기계설계에 있어서 엄청난 시너지를 발휘하고 있습니다.
학문 / 기계공학
24.10.15
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태양광 패널 기계 설계에 따라서 전기를 많이 생산 하고 덜 생산 하고 차이가 있나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.말씀대로태양광 판넬도 판넬의 설계방식 종류에 따라효율차이가 큽니다.최근 생산되는 박막 형식으로 나열해 본다면1, 박막 태양광 판넬 기존 결정질 실리콘 태양광 패널에 비해 슬림하고 가벼운 디자인이 특징입니다. 이는 유리, 금속 또는 플라스틱과 같은 기판에 증착된 비정질 실리콘, 카드뮴 텔루라이드 또는 구리 인듐 갈륨 셀렌화물(CIGS)과 같은 광전지(PV) 재료의 얇은 층을 사용하여 만들어집니다.이 패널은 기존 태양광 패널과 동일한 기본 원리로 작동하여 태양광을 전기로 변환합니다.2, 종류 및 판넬 효율 차이 박막 태양 전지 패널의 효율성은 일반적으로 10%에서 12% 사이이지만 이는 특정 기술과 제조업체에 따라 다를 수 있습니다.카드뮴 텔루라이드(CdTe) CdTe 패널은 일반적으로 약 11%~12%의 효율을 갖습니다. 이는 비교적 높은 성능 대 비용 비율로 알려져 있으며 대규모 설비에 사용됩니다.구리 인듐 갈륨 셀렌화물(CIGS) CIGS 패널은 약 12%~14%의 효율을 달성할 수 있습니다. 다른 박막 기술에 비해 저조도 조건에서 더 나은 성능을 제공합니다.비정질 실리콘(a-Si) a-Si 패널은 일반적으로 약 8%~10%의 효율을 갖습니다. CdTe 및 CIGS보다 효율은 낮지만 더 유연하고 다양한 표면에 통합될 수 있습니다.3, 기존과 박막 비교 실리콘을 사용하는 전통적인 태양광 패널은 일반적으로 약 15%~20% 또는 그 이상의 효율을 달성합니다. 즉, 박막 패널에 비해 제곱미터당 더 많은 햇빛을 전기로 변환한다는 의미입니다. 반면 박막 패널은 일반적으로 10%에서 12% 사이의 효율을 갖습니다. 이는 낮은 효율이지만, 그에 대비되는 장점은 유연성, 가벼운 무게, 낮은 제조 비용에 있습니다. 이는 공간이 제한된 응용 분야나 일부 현대 차량이 성능과 사용자 경험을 극대화하기 위해 기술을 통합하는 방식과 유사하게 태양광 패널을 비전통적인 표면에 통합하는 데 적합할 수 있습니다.일부 경우를 들어서 설명드렸는데 도움이 되었으면 합니다.
학문 / 기계공학
24.10.15
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이상 기체의 방식의 개념은 무엇일까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 개념 이상기체 상태방정식은 기체의 압력, 부피, 온도, 몰수 중 어느 하나를 알고 있으면 나머지 값을 계산할 수 있고,기체의 변화를 예측하는 데도 유용한 방적식입니다.수식을 보면다음과 같이 표현되는데PV=nRT여기서 P는 압력, V는 부피, n은 몰수, R은 이상기체 상수, T는 절대 온도를 나타냅니다.이 식은 기체의 상태를 정량적으로 나타내는 데 사용되며, 다양한 기체 관련 문제를 해결하는 데 유용합니다.이상기체 상태방정식은 이상적인 기체 모델을 기반으로 합니다. 이상기체란 기체 입자 간 상호 작용이 무시 가능하고, 입자의 크기는 부피에 비해 무시할 수 있을 만큼 작은 기체를 말합니다. 실제로는 모든 기체가 이상적인 조건을 완벽하게 만족하는 것은 아니지만, 많은 경우에 이상기체 모델은 기체 행동을 잘 설명하고 예측할 수 있는 유용한 도구가 됩니다.2, 응용 실생활에서 만나는 이상기체 상태방정식 의 활용을 나열해 보면풍선: 풍선에 공기를 불어넣으면 풍선의 부피가 증가하고 압력이 높아집니다. 이는 이상기체 상태방정식에서 확인할 수 있는 현상입니다.자동차 타이어: 자동차 타이어는 타이어 내부의 공기 압력을 유지하여 주행 중 안정성을 확보합니다. 타이어의 압력은 온도 변화에 따라 달라지며, 이는 이상기체 상태방정식으로 설명할 수 있습니다.고압 용기: 잠수부들이 사용하는 산소통이나 가스 용기는 이상기체 상태방정식을 이용하여 안전하게 고압의 기체를 저장하고 사용할 수 있습니다.기상 예보: 기상 예보는 대기 중의 기온, 습도, 기압 등을 측정하여 기상 현상을 예측합니다. 기압은 이상기체 상태방정식을 이용하여 계산되며, 정확한 기상 예보에 중요한 역할을 합니다.화학 반응: 화학 반응에서는 기체가 생성되거나 소비되는 경우가 많습니다. 이상기체 상태방정식을 이용하여 생성되는 기체의 부피나 소비되는 기체의 양을 계산할 수 있습니다.
학문 / 기계공학
24.10.15
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