Passive gas dispersions over a 1/1000 scale terrain model at Eiffel type wind tunnel were reproduced by numerical simulation. Large eddy simulation was used to treat the sub-grid scale turbulences. The terrain features were represented by millions of point forces densely distributed over the solid surface using the virtual boundary method. The model simulations agreed very well with the experiments in a consistent fashion for all wind directions. The measured profiles of the wind speeds as well as the tracer gas concentrations were nicely simulated by the CFD model at most locations scattered over the model terrain. With scale factor adjusted and the thermal stratification effects incorporated, the CFD model was expected to provide reliable information on pollutant dispersions over the real complex terrains.
우리의 생활 주변에는 자연적으로 배출되는 오염물질과 인간의 사회활동을 통해서 발생하는 인위적인 오염물질이 있다. 배출원에서 발생하는 오염물질은 배출조건이나 주변지역의 장애물, 또는 기상조건 등과 같은 많은 변수들 때문에 오염물질의 확산에 많은 영향을 받는다. 따라서 실제 대기 중의 복잡한 확산특성을 이해하기 위해서는 바람특성에 대한 보다 정확한 정보가 필요하다. 이러한 확산조건을 정확히 파악하기 위해서는 현장에서 장기간의 시간을 가지고 실측 데이터를 얻는 것이 가장 좋으나 이는 경제적 또는 실험적인 한계로 인해 불가능하다. (중략)
하수관거는 지중에 매설되기 때문에 균열발생 시 오염원이 빠르게 지하로 침투되어 오염을 야기한다. 본 연구에서는 하수관거 균열발생 시의 오염원의 확산에 대한 수치모델링을 수행하였다. 모델링 수행 결과를 이용하여 오염원의 이동경로를 예측해보았으며, 다음과 같은 결론을 얻었다. 오염원의 이동방향은 지표면의 지형경사에 따른 흐름과 비슷한 경향을 보이는 것으로 나타났으며, 지하방향으로는 약 8~10m 깊이까지 침투되는 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 장래 하수관거 관리에 효율성을 제공할 것으로 기대된다.
오염물질의 유입 유형은 일정한 농도를 가진 오염물질이 일정한 비율로 연속적으로 유입되는 경우와 순간적으로 특정한 농도를 가진 오염물질이 하천으로 유입되는 경우로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 오염물질에 대해 댐 방류량을 일시적으로 증가시켜서 희석 및 세척시키는 플러싱(flushing) 효과에 관하여 연구하였다. 실측한 수리인자를 이용하여 적용성이 크다고 발표된 경험식에 의하여 확산계수를 결정하였다. 플러싱에 의한 오염물질의 희석정도 및 확산특성을 파악하기 위해서 RMA-4 모형을 잠실수중보$\~$신곡수중보 구간에 적용하였다. 정체되어있는 경우와 순간적으로 유입되는 경우, 성산대교 부근에서 농도가 1ppm이하로 감소하는 시간을 각 유량별로 분석하였다. 댐 방류량에 의한 플러싱을 시도한 경우에 본류의 오염물질이 지류로 역류하는 범위를 파악할 수 있었다.
토양오염 정화방법의 하나인 토양증기추출법(soil vapor extraction, SVE)은 오염된 토양에 진공 또는 가압의 공기를 공급하여 연속적인 공기 흐름을 유도함으로써 토양의 기공에 잔류하는 유해화합물의 증발을 촉진하여 오염물질을 제거하는 공정이다. 본 연구에서는 토양증기추출법의 효율에 영향을 주는 인자들 가운데에서 토양의 수분함량과 오염물질의 종류가 오염물질의 제거효율에 미치는 영향에 대한 실험과 계산을 수행하였다. 인공토양으로 glass bead, sand, molecular sieve가 사용되었으며. 오염물질로는 톨루엔. 메틸에틸케톤, 트리클로로에틸렌이 사용되었다. 각 실험에 대하여 프로인들리히 등온식과 기공확산모델 등을 고려하여 계산을 수행한 결과, 수분이 없는 경우에는 탈착식에 의해, 수분이 있는 경우에는 interparticle에서의 확산 현상에 의해 오염물질의 제거속도가 지배됨을 알 수 있었다. 이러한 연구결과는 정화대상지역에 SVE를 이용한 적절한 정화방법을 설계하는데 기초자료로 이용할 수 있을 것이다.
하천으로 유입된 오염물질의 거동을 정확하게 예측하는 것은 하천 시스템의 수질 유지관리에 매우 중요하다. 본 연구에서는 1차 감쇠율(decay rate)을 가진 비보존성 오염물의 비정상 이송해석 방정식의 해를 위해 유한체적기법이 개발되어졌다. 하천 흐름 해석을 위해 자연형 단면에서의 마름-젖음 해석이 가능한 기법이 도입되었다. 이 기법은 2차-정도의 정확성와 Courant 수가 1 까지 안정함을 보장한다. 도입된 기법은 Godnov 형의 유한체적기법을 이용하여 St. Venant 방정식들을 해석하였고 질량 및 운동량 플럭스는 Roe 형의 Riemann Solver 를 사용하여 연산하였다. 오염물의 이송 해석은 추가적인 이송-확산 방정식을 도입을 통해 기존의 St. Venant 방정식과 함께 풀려질 수 있다. 추가된 방정식과 St. Venant 식은 3×3 eigenstructure를 구성하였고 이는 2차원 흐름해석 기법과 유사하게 해석될 수 있었다. 본 연구 모형의 검증을 위해 오염물의 계속적 주입을 가정한 가상 및 실제 하천에 적용되었다. 연구된 기법은 모든 적용에서 합리적 정확도를 가지고 오염물질의 연속적인 특성을 잘 모의하고 있었다.
비보존성 오염물질의 종확산에 관한 수치모형을 개발하였다. 계산기법으로는 종확산 방정식을 이송, 감쇠 및 확산 방정식으로 분리하고, 이들 방정식을 1/3 시간 간격에 대하여 번갈아 계산하는 단계분리 유한차분기법을 사용하였다. 이송방정식에 대해서는 Holly-Preissmann 기법을, 감쇠방정식에 대해서는 해석적 방법을, 확산방정식에 대해서는 Crank-Nicholson 기법을 각각 사용하였다. 오염물질이 불균일 흐름 내로 연속적으로 유입되는 경우 및 균일 흐름 내로 순간적으로 부하되는 경우에 대한 종확산 문제에 모형을 적용하여 계산결과를 정확해와 비교함으로써 모형을 검증하였다. 또한 감쇠방정식의 수치해법으로써 Euler 방법을 사용하는 기존의 모형에 계산결과를 비교하였다. 감쇠계수가 커질수록 본 모형이 기존의 모형에 비하여 더욱 정확한 계산결과를 나타내었다.
확산 모델의 선정은 도시, 임해 산악 지역, 임해 평야지역, 계곡지역, 분지지역 등 각 지형에 대해 계절별, 오염물질별, 평균화시간별로 적절성이 있어 보이는 여러 경쟁모델들을 적용해 보고 그 중에서 실측결과에 가장 근접하는 계산치를 제공하는 모델을 선정해야 한다. 특히 Dioxin등 독성물질들에 대해서는 대부분의 해석학적 확산모델들을 적용하기 곤란한 저풍속, 풍향요동(Meandering) 조건시 등에도 단시간 평균농도 계산치의 정확도가 높은 모델들을 선정하는 것이 중요하다(박옥현 등, 1999). (중략)
발전소, 공상, 지방자치단체 통 국내 대부분의 대기실 관리기관에서 활용할 수 있는 전산기가 개인용 컴퓨터(PC)인 점을 고려하여 위와 같은 여건의 기관들도 쉽게 현업 운영할 수 있도록 KRM 대기확산모델을 개발하였다. 또한, 위의 기관들이 대기오염 수치모델에 대한 전문 지식을 소유한 전문가를 확보하기 어려운 점을 고려하여 대기오염 관리와 Windows O/S에 관한 기본 지식만을 소유한 담당자도 시스템을 사용할 수 있도록 GUI(Graphical User Interface)기법을 활용, KRM 대기확산모델링 시스템을 개발하였다.(중략)
연소시 발생하는 오염물질 중 NOx는 심각한 대기오염의 원인이 되는 것으로 알려져 있어, 각종 연소기 등에서 발생하는 NOx 저감을 위한 연구가 중요하게 대두되었다. 특히 확산화염은 예혼합화염 및 부분예혼합화염에 비해 NOx, Soot 등 오염물질이 발생할 가능성은 높으나 화염 안정성이 좋아 산업용 연소기에 많이 이용되고 있어 보다 다양한 NOx 저감 기술의 필요가 요구되고 있다.(중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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