A numerical study on the unsteady agglomeration behavior of algae in the ultrasonic wave pressure field

For the bio-fuel conversion of algae, several processes are needed including cultivating, agglomeration, extracting and conversion to the bio-fuel. The production cost for each process makes the total production cost of algae bio-fuel conversion. The production cost of algae bio-fuel has still higher than that of the other commercial bio-fuel. The reduction of production cost for each process enables the competitive price as a bio-fuel. It is difficult to separate the algae from water because of the similar magnitude of density each other. The agglomeration and extracting of algae using ultrasonic wave is rare effect of environmental hazard and also it is appropriate technology for the next generation energy resources. The present research is investigated for the elucidation of algae behavior in the water with the ultrasonics wave. For this purpose, the unsteady computational fluid dynamic analysis has been conducted in the ultrasonic pressure field. The velocity, pressure and algae concentration changes with time have been analysed to clarify the mechanism of algae separation by ultrasonic wave.

초음파 압력장에서 미세조류 응집 거동에 관한 비정상상태 수치해석 연구

미세조류를 바이오 연료로 전환하여 이용하기 위해서는 미세조류의 배양, 응집 수거, 바이오 지질 추출, 에너지 전환 등 여러 공정을 거친다. 각 부분 공정 마다 필요한 비용이 발생하며 이러한 비용을 합산하여 미세조류의 에너지화로의 생산 단가가 만들어진다. 미세조류의 생산비용은 기존의 바이오 연료에 비하여 아직 높은 수준이다. 각 공정에서 생산 비용을 저감하는 것이 미세조류의 바이오 연료로서 가격 경쟁력을 높이는 것이다. 미세조류의 응집 수거는 미세조류가 물과 유사한 밀도로 물에서 분리하기가 어려운 물질이기 때문에 저비용으로 미세조류를 응집하고 수거하는 기술이 필요하다. 미세조류의 응집과 수거를 위해 초음파를 이용하는 공정은 기존 공정에 비하여 환경 위해 요소가 거의 없으며 저비용 고효율의 공정으로써 연구가 필요한 분야이다. 본 연구는 미세조류를 응집 수거하는 방법으로 초음파를 조사할 때 일어나는 유동과 미세조류 거동에 대한 메카니즘을 수치해석을 통해 규명하고자 수행 하였다. 이를 위해 미세조류가 포함된 유체를 배관에 흐를 때 초음파 압력장에서 미세조류가 응집이 일어나는 현상을 비정상상태 유동해석으로 시간 변화에 따라 속도, 압력, 미세조류의 농도 변화를 관찰하여 초음파를 이용한 미세조류 응집에 대한 최적 설계의 토대를 정립하는 것을 목적으로 수행하였다.