Analysis of Seawater Intake System using the RNG k-𝜖 Algorithm

RNG k-𝜖 알고리즘을 이용한 해수취수시스템 분석

Seawater intake systems have significant problems due to seawater pollution, suspended solids, unstable intake and maintenance etc. An underground type seawater intake system was newly developed to overcome the existing weaknesses and was facilitated in Gyukpo port. In this study, to check the performance of the new system, the samples for water quality and the 3-D numerical modeling test were conducted. The five times test included the COD, total nitrogen, total phosphorus, pH, and suspended solid for the intake system. The analyses show that the COD, total nitrogen, total phosphorus, PH showedminor changes before and after. On the other hand, the change in suspended solids was significant and water was purified below 5 mg/l, first level fisheries water, after. The numerical model adopted the RNG $k-{\epsilon}$ algorithm and the CFX model based on the finite volume method. The porosity algorithm was used to reproduce filtered-sand, outer diameter, and thickness. The numerical results showed that the double pipe is advantageous in that it provides a uniform pressure between the inner and outer pipe for the flow to be stable. In addition, the use of multiple intake pipes did not interfere with the discharge reduction of 0.98 at the both intake pipes compared with the central intake pipe.

기존 해수취수시스템의 경우 해수오염, 부유물질, 취수의 불안정 및 유지관리의 어려움 등으로 인해 해수취수의 어려움이 발생하곤 하였다. 이와 같은 단점을 극복하고자 매설식 해수취수시스템을 개발하여 격포항에 설치하였다. 본 연구에서는 새로운 시스템의 거동을 검토하고자, 수질관측 및 3차원 수치모의 실험을 수행하였다. 이 취수시스템에 대하여 총 5회에 걸쳐 COD, 총질소, 총인, PH 그리고 부유물질에 대하여 수질분석을 수행한 결과, COD, 총질소, 총인, PH의 경우 취수 전 후 저감 효과는 미미하였다. 그러나 부유물질의 경우 수산용수 1급 5 mg/L 이하로 정화되는 효과가 나타났다. 수치모형은 유한체적법 기반의 CFX 모형과 RNG $k-{\epsilon}$ 알고리즘을 선정하였으며, 여과사, 외부관 지름 및 두께를 재현하기 위해서 다공성 알고리즘을 적용하였다. 수치모의 실험을 수행한 결과, 2중관 구조가 내외부관 사이의 공간에 의해 압력의 분포를 균등하게 하여, 흐름 상태나 안정적인 취수측면에서 유리한 것으로 분석되었으며, 취수관을 다열 배치하였을 때 중앙 취수관과 비교하여 양쪽 취수관에서 유량이 0.98배로 감소하였지만 유동의 간섭현상은 발생하지 않았다.