• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
• /
• pp.285-285
• /
• 2017

최근 전 세계적으로 심각해지는 물 부족 현상과 수질오염으로 대량의 원수를 빠른 시간 내에 여과하기 위한 여과장치의 개발 및 효율성 향상을 위한 연구의 필요성이 증가되고 있다. 특히 여과필터의 내부구조에 의해 유동이 편중되는 현상이 발생하면 여과효율 및 여과필터 유지관리에 문제가 발생되기 때문에 최적의 여과필터를 설계하는 것이 중요하다. 이에 본 연구에서는 수리모형실험으로 검토하기에 어려움이 있는 여과기 내부구조에 대한 유동특성을 수치해석을 이용하여 검토하였다. 수치해석은 유한요소법 기반의 수치모형으로 여과기 내부를 상세하게 모의할 수 없기 때문에 유한체적법 기반인 ANSYS CFX 모형을 이용하였다. 여과기 내 여과필터는 두께 2.0 mm, 공극율 25%로 가정하고 다공성 기법(porous media)을 적용하였다. 검토를 위한 경계조건은 유입부에 목표 취수량, 유출부에 대기압 조건을 적용하였으며, 여과기에 비해 매우 작게 구성된 여과필터 내부의 유동특성을 검토하기 위해 여과기는 최소 3.0 mm, 여과필터는 1.0 mm의 격자를 적용하였다. 현재 실제 여과시설에 적용되고 있는 여과기 제품 형상을 기준으로 여과기 내부 흐름공간의 크기 및 각도 조정에 따른 유동특성을 검토하여 여과효율을 비교하였으며 통과유량, 유속, 유속벡터 등을 검토하여 균등한 유량과 유속이 발생되는 최적의 여과장치 구조를 도출하였다. 본 연구에서 여과기 내부 구조 변경에 따른 유동특성 검토를 통해 도출된 최적의 여과기 내부크기 및 각도에 대한 설계인자는 여과기 내 여과필터의 효율을 증가시킬 뿐만 아니라 내구성 증진에 도움이 될 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.127-127
• /
• 2023

지표수와 하상 경계층에서 발생하는 흐름 교환은 하천, 호소, 연안, 해안 등 자연계에 존재하는 수환경시스템에서 일반적으로 나타나는 수리학적 특성으로서, 흐름 교환이 발생하는 경계층 아래 하상층 영역을 혼합대(hyporheic zone)라 부른다. 수질오염사고 등에 의해 외부의 오염물질이 하천 내 유입될 경우, 혼합대 흐름에 의해 하상층으로 침투되고 지표수 대비 유속이 느린 하상 내 공극 흐름에 의해 거동함에 따라 이들의 하천 내 체류시간이 증가하게 된다. 따라서, 본 연구에서는 지표수와 하상 흐름을 연계한 수치해석 방법을 적용하여 혼합대가 지표수 내 용질 체류시간에 미치는 영향을 분석하였다. 먼저 연직 2차원 Reynolds 평균 Navier-Stokes(RANS) 방정식과 Darcy 방정식을 연계하여 지표수와 하상 내 흐름을 해석하였다. 지표수 영역은 RANS 방정식을 이용하여 모의하였고, 지표수 흐름해석에서 얻어진 하상의 압력장을 경계조건으로 하여 Darcy 방정식과 함께 하상 내 흐름을 모의하였다. 여기서 하상의 형태는 자연계 하천에서 일반적으로 관찰되는 사련하상(Ripple bed)으로 모사하였다. 이후, 지표수-하상 연계모의를 통해 얻어진 흐름 결과를 바탕으로 지표수-하상 경계층에서 용질거동을 모의하였다. 흐름 모의결과를 과거 실험자료와 비교한 결과, 지표수 영역 내연직흐름 분포를 정확하게 재현하였고, 동시에 혼합대 흐름 구조에 큰 영향을 미치는 지표수-하상 경계층 압력 분포 역시 관측값과 유사하게 나타났다. 용질거동 해석을 통해 얻어진 용질의 체류시간을 분석한 결과, 혼합대 흐름이 고려된 경우(투수성 하상)와 고려되지 않은 경우(불투수성 하상)를 비교했을 때 전자에서 체류시간 분포의 감수곡선이 길어지고 첨두농도가 감소하는 것으로 나타났다. 아울러, 지표수 영역의 유입부 경계의 평균 유속이 증가함에 따라 최대 체류시간이 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 지표수-하상 경계층에서의 압력 경사가 커져 혼합대 내 유속이 증가함에 기인하는 것으로 분석되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제50권3호
• /
• pp.492-498
• /
• 2012

본 연구에서는 고온고압 건식탈황장치를 이용하여 고체순환량과 탈황반응기 내의 공극률에 대한 수력학적특성을 파악하고, 아연계 탈황제의 고온고압 조건에서 탈황반응온도에 대한 반응특성 및 연속운전을 통한 탈황 효율을 분석하였다. 실험에 사용된 고온고압건식탈황장치는 고속유동층 형태의 탈황반응기(내경: 0.015 m, 높이: 6.2 m), 기포유동층 형태의 재생반응기(내경: 0.053 m, 높이: 1.6 m), 가스의 역흐름을 방지하는 loop-seal, 두 반응기 후단에 압력컨트롤밸브로 구성되어있다. 수력학 특성으로는 고체순환밸브 개구비, 탈황반응기 가스 유속, 탈황반응기 온도 변화에 따른 고체순환량과 각 조건에서의 고속유동층 형태의 탈황반응기 높이에 따른 공극률 분포를 알아보았다. 고체순환량은 동일한 유속조건, 동일한 고체순환밸브 개구비에서 탈황반응기 온도가 상온일 때보다 $300^{\circ}C$와 $550^{\circ}C$일 때 감소하였으며 $300^{\circ}C$와 $550^{\circ}C$ 조건에서는 큰 차이가 없었다. 탈황반응기내의 공극률은 고체순환밸브 개구비가 10~20%로 고체순환량이 적은 경우 고속유동층 형태의 공극률 분포를 보이고, 30~40%로 고체순환량이 많아지는 경우 탈황반응기 하부에서 turbulent 형태의 공극률의 분포를 나타냈다. 아연계 탈황제의 탈황반응온도에 따른 반응특성은 시스템 압력 20 atm, 연속 반응 조건에서 탈황 온도를 변화시키면서 살펴보았다. 일정한 고체순환 조건에서 탈황온도 $450^{\circ}C$ 이하에서 탈황 효율 저하가 시작되는 것을 확인하였으며, 높은 탈황 효율을 유지시키기 위하여 10시간 연속운전에서는 탈황 반응 온도를 $500^{\circ}C$로 설정하여 실험하였다. 실험 결과, 10시간 연속운전을 통해, 유입 $H_2S$ 농도 5,000 ppmv 조건에서 탈황 반응기 후단 $H_2S$ 농도는 UV분석기(Radas2)와 검지관(GASTEC)의 검출한계인 1 ppmv 이하를 유지하여 $H_2S$ 제거 효율 99.99% 이상을 달성하였다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제27권6호
• /
• pp.581-589
• /
• 2005

최근, 하 폐수 처리에 있어서 처리수의 보다 나은 수질과 엄격한 기준의 만족을 위해 기존의 공정외에 덧붙여 막분리 공정이 이용되고 있다. 그러나, 수처리 과정에서 막분리 공정의 사용은 막의 막힘 현상과 용존 유기오염물 제거의 어려움 등의 문제점이 있다. 본 연구에서는 막분리 공정에 응집제 alum과 PAC을 이용한 응집공정을 첨가하여 막 투과유속과 처리효율을 증가시켰다. 그리고 응집제 주입효과와 최적운전조건은 투과유속, 누적부피, 막의 총저항, 입자크기, 용존성 유기오염물, 용존성 알루미늄, 처리수의 수질을 분석하여 연구하였다. alum 응집에 비교해 PAC 응집은 큰 입자를 형성하여 여과 매체의 막힘현상을 줄이고 높은 투과유속과 누적 부피량을 보였다. 또한 PAC 응집에서 낮은 용존 유기오염물과 용존성 알루미늄은 투과유속 감소율을 낮추었다. $0.2\;{\mu}m$ 막 사용시 케이크여과의 모습을 보였으며, $0.45\;{\mu}m$ 막 사용시 순환운전으로 인한 플럭 깨짐 현상으로 공극보다 작은 플럭의 투과가 발생하여 투과유속이 계속 감소하고 막의 총저항이 증가하는 모습을 보였다. PAC과 alum 모두 약 $300{\pm}50\;mg/L$가 최적 응집주입량이었으며, PAC 응집과 $0.2\;{\mu}m$ 막 사용시 처리 효율이 가장 높고, $0.45\;{\mu}m$ 막 사용시 투과수량이 가장 많았다. 처리 효율은 탁도 99.8%, SS 99.9%, $BOD_5$ 94.4%, $COD_{Cr}$ 95.4%, T-N 54.3%, T-P 99.8%이었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제46권1호
• /
• pp.56-62
• /
• 2008

직경이 0.102 m이고 높이가 2.5 m인 삼상 swirling(나선) 흐름 유동층에서 열전달 특성을 고찰하였다. 기체유속($U_G$), 액체유속($U_L$), 유동 입자의 크기($d_p$), 그리고 연속상인 액체의 나선 유도 흐름 액체량의 비($R_S$)가 유동층 내부 열원과 유동층간의 총괄 열전달 계수에 미치는 영향을 검토하였다. 유동층 내부 열원과 유동층간의 열전달 특성은 열원 표면과 유동층간의 온도차 요동 자료의 위상공간 투영과 Kolmogorov 엔트로피 해석으로 고찰할 수 있었으며, 나선 유도 흐름 액체량의 비($R_S$)가 0.1에서 0.4까지 증가할수록 온도차 요동 자료의 위상 공간 투영은 점점 안정되고 규칙성이 증대되는 상태를 나타내고, Kolmogorov 엔트로피 값은 감소하는 경향을 나타내었다. 열원 표면과 유동층간의 온도차 요동 자료의 Kolmogorov 엔트로피 값은 나선 유도 흐름 액체량이 증가함에 따라 최소값을 나타내었다. 열원과 유동층간의 총괄 열전달 계수는 기체 유속 및 유도입자의 크기가 증가함에 따라서 증가하였으나, 액체유속, 층공극률, 나선 유도 흐름 액체량의 비가 증가함에 따라서 최대값을 나타내었다. 내부 열원과 유동층간의 총괄 열전달 계수가 최대값을 나타낼 때의 액체의 유속 조건에서 온도차 요동자료의 Kolmogorov 엔트로피의 값도 최대값을 나타내었다. 삼상 나선흐름 유동층에서 열전달 계수와 Kolmogorov 엔트로피를 실험 변수 및 무차원군의 상관식으로 나타낼 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
• /
• pp.630-633
• /
• 2005

Some gases can be formed into hydrate by physical combination with water under appropriate temperature and pressure condition. Besides them, it was found that the pore size of the sediments can affect the formation and dissociation of hydrate. In this study, formation temperatures of carbon dioxide and methane hydrate have been measured using isobaric method to investigate the effects of flow rates of gases on formation condition of hydrate in porous rock samples. The flow rates of gases were controlled using a mass flow controller. To minimize Memory effect, system temperature increased for the dissociation of gas hydrates and re-established the initial saturation. The results show that the formation temperature of hydrate decreases with increasing the injection flow rate of gas. This indicates that the velocity of gas in porous media may act as kinds of inhibitor for the formation of hydrate.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
• /
• 한국원자력학회 1995년도 추계학술발표회논문집(2)
• /
• pp.866-871
• /
• 1995

방사성 폐기물 처분장 주변에서의 지하수 유동에 대한 민감도 분석을 수행하여 안전성 평가측면에서 필요한 성능측도에 미치는 영향을 파악하였다. 각 암반충의 투수계수 및 공극률의 변화에 대한 지하수 유속과 수두의 민감도와 경제 조건을 변경함으로 인해 지하수 유동시간에 미치는 영향을 adjoint 민감도 분석법에 의해 살펴보았다. 민감도 분석 결과, 본 논문에서 고려된 처분부 지의 경우 해수에 접한 경계 면에서는 해수의 밀도를 고려한 경계조건을 사용하는 것이 지하수 유동이 없다고 가정하는 경계조건보다 약간 보수적임을 보여주었고, 투수계수 변화에 따른 지하 수두 및 Darcy 속도는 처분동굴이 위치한 암반의 투수계수 변화에 매우 민감하고 실제적으로 동굴에서 멀리 떨어진 바닥 암반층의 투수계수 변화에는 민감하지 않았다.

• 동굴
• /
• 제87호
• /
• pp.34-43
• /
• 2008

카르스트는 자연수의 용식작용에 의하여 형성되는 지형이다. 용식은 카르스트 지형에 있어 가장 우세한 과정이 아니며, 또한 지배적인 과정도 아니지만, 그것은 다른 유형의 지형에서 형성되는 결과보다 용해질 암석에서 더 다양한 역할을 하기 때문이다. 용식의 가장 중요한 역할은 바위의 침투성을 증가시키면서 지하의 공간을 확대시키는 데 있다. 이는 지하수에 의해 지표면의 점진적인 용식적인 변화인 카렌, 석문, 용천, cockpit 및 mogote, sinkholes, hum 등의 카르스트 지형을 창출한다. 수문학의 대표적인 이론인 Darcy's Law가 용식지형에서는 전혀 적용되지 않는다는 검증 결과만 하더라도 카르스트가 얼마나 다양하고 복잡한 수문학적인 형성과정을 가지고 있는가를 알 수 있을 것이다. 특히 Darcy의 법칙은 비등방성과 비균질적인 투수층에는 적용되지 않는다. 왜냐하면 카르스트 지역에서는 1차삼투율(primary transmissivity)의 공극율에 따른 투과율이 적용되는 일반적인 암석에서의 결과보다 2차삼투율(secondly transmissivity인 단층선, 균열, 절리면 등에 의한 투과율이 훤씬 증대되기 때문이다. 따라서 카르스트수문학은 자연수의 용식작용에 의하여 형성되는 지형이지만 투수성, 지하수의 유속, 동공속의 소지류의 구배, 입수율과 배출율 등이 일반적인 수문학과 다른 결과를 나타내고 있다.

• 동굴
• /
• 제88호
• /
• pp.51-62
• /
• 2008

동굴내부의 지형변형은 동굴내의 외인적인 요인과 내인적인 요인에 의하여 발달된다. 외인적인 요인으로서 기후변동에 의한 기온의 변화와 침출수의 증감 및 외부 이입물질 등을 들 수 있으며, 내인적인 요인으로서는 암석의 공극율, 지질환경, 단층 및 습곡면의 형상, 절리 및 균열면의 유무, 동굴지천의 구배 및 유속, 층리간의 이종의 암석게재 여부 등을 들 수 있다. 동굴 시스템은 수문 물리화학적 요소에 의해 형성되며 외부 기준면 통제에 의해서 암석학, 구조학, 기후학, 생물학, 토양학 등과 밀접한 상태에서 의존적인 발달 과정을 가진다. 동혈 내부의 침식은 유수의 입력 경우 유출과정에서 형성되며, 또한 유수의 비 입력 경우유출 및 액체용액의 분출에 의해서 형성된다. 다수의 동굴학자들은 동굴은 계절마다 침수되거나 빨리 흐르는 홍수에 의한 폭우에 의해 epiphreatic 상태에서 간헐적으로 포화되는 과정을 거치며 선택적으로 발달한다고 주장하고 있다. 혼합지대 동굴의 가장 좋은 예는 현재의 카르스트 지역에서 나타나는 것이 아니라 과거 제4기의 200만년전 동안보다 해수면이 더 안정적이었던 때에 이루어진 고 카르스트(Paleo Karst)에서 발견되고 있다.

• Current Research on Agriculture and Life Sciences
• /
• 제16권
• /
• pp.15-23
• /
• 1998

본 실험에서는 수리구조물의 보호되는 토립자의 필터내 이동과 이로인한 필터의 기능 저하를 실험을 통하여 비교분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 수두가 높고 공극이 클수록 필터내 세사의 이동은 심했으며 조기에 흐름의 안정화에 도달하게 되었지만 필터외부로의 입자유출도 많았으며, 공극이 작고 유속이 빠르면 필터와 모래의 접촉면에 인접한 곳에서 Blocking현상이 크게 일어남을 알 수 있었다. 2. 필터기능에 영향을 주는 세사의 이동은 공극의 크기와 수두에 큰 영향을 받음을 알 수 있었고, USCE 필터와 USSPL 필터는 공극이 크기 때문에 같은 조건하에서 흐름의 안정이 다른 필터들 보다 조기에 이루어 졌다. 3. 세사의 이동잔류량은 USSPL, USCE, USBR, Newton & Hurley, Bertram 필터순으로 많이 나타났다. 4. 흐름의 안전에 소요된 시간은 Bertram, Newton & Hurley, USBR, USSPL, USCE 필터순으로 적었고, 투수계수는 USBR, Bertram, Newton & Hurley, USSPL, USCE 필터순으로 크게 나타났다. 5. 여러 가지 종류의 필터기준중 USCE와 USSPL기준의 필터가 투수계수의 안정에 소요된 시간이 가장 짧고, 세사의 이동량이 적으므로 가장 적합한 것으로 인정된다.