• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.40 no.6
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• pp.383-389
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• 2016

Based on a surface design with rectangular cavities and channels, we investigated the effects of gravity and capillary pressure on pool-boiling Critical Heat Flux (CHF). The microcavity structures could prevent liquid flow by the capillary pressure effect. In addition, the microchannel structures contributed to induce one-dimensional liquid flow on the boiling surface. The relationship between the CHF and capillary flow was clearly established. The driving potentials for the liquid supply into a boiling surface can be generated by the gravitational head and capillary pressure. Through an analysis of pool boiling and visualization data, we reveal that the liquid supplement to maintain the nucleate boiling condition on a boiling surface is closely related to the gravitational pressure head and capillary pressure effect.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1828-1832
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• 2008

우수 관거 시스템에서 흐름은 중력에 의해서 흐르고 개수로 흐름과 같이 처리된다. 그러나 유입유량이 관거의 만관 상태를 초과하거나 하류 흐름의 제한 때문에 발생하는 역류의 영향을 받는다면, 우수 관거 시스템은 과부하(surcharge) 상태의 압력흐름이 된다. 개수로 상태에서 맨홀에서의 수두 손실은 일반적으로 무시되지만, 과부하 맨홀에서의 수두손실은 중요하며, 우수 관거 시스템의 전체 손실에 중요한 부분을 차지하게 된다. 이러한 현상은 여러 개의 맨홀을 가지는 우수 관거 시스템에서 특히 중요한 사항이 된다. 현재 계획 또는 설계단계에서 수행되고 있는 관거 시설의 수리계산에서는 연결관의 마찰손실만을 감안하여 수행하고 있으며, 맨홀에서의 수두손실은 고려되지 않는 실정이다. 본 연구에서는 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 Fluent 모형을 이용하여 과부하 원형 맨홀에서의 흐름특성을 수치모의 하였으며, 맨홀내 손실수두의 변화를 계산하여 손실계수를 산정하였다. 계산된 손실계수는 수리모형 실험을 통하여 산정된 손실계수와 비교하였다. 수치 모형에 의해서 산정된 손실계수 값이 수리모형 실험에 의해서 산정된 손실계수 값보다 약간 크게 산정되었다. 앞으로 난류 모형의 매개 변수들의 조정을 통한 정확한 수치모의 연구가 필요하다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.387-391
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• 2011

국내에서 사면 붕괴의 직접적인 원인은 강우에 의한 것으로 볼 수 있으며, 강우침투에 따른 지하수위 상승과 간극수압 증가, 강우강도 크기에 직접적으로 영향을 받는 지표면 유출로 인한 사면의 표면토사 유출 및 얕은 사면붕괴로 나타난다. 본 연구에서는 강우로 인한 지반내 침투로 불포화토가 포화토로 변화는 과정에서 침투능을 산정하고자 기존의 침투공식을 검토하고 TDR 센서를 이용한 실내실험을 통한 침투능 산정공식을 제시하였다. 제시한 침투능 산정공식을 검증하기 위한 침투실험을 수행하여 결과를 비교 분석하였으며, 이론적 해석 및 실내실험에 의한 결과는 다음과 같다. 첫째, 포화도 변화에 따른 TDR데이터 변화는 일정했으며 이를 회귀분석을 통하여 함수화하였고, 이 함수를 이용하여 지반의 포화도 및 함수비를 파악할 수 있었다. 둘째, 흡인수두항과 중력수두항이 결합된 연속적인 침투능 산정공식을 새로이 유도하였으며, 이를 이용한 결과와 TDR 센서를 이용한 실험결과와 거의 유사함을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.432-432
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• 2021

우리나라는 대부분의 에너지 공급을 해외에 의존하고 있는 실정이다. 산업통상자원부와 에너지경제연구원에서 발간하는 2018년 에너지통계연보(에너지경제연구원과 산업통상자원부, 2018)에 실린 2010년부터 2017년까지의 에너지수급 균형을 보면 원유, 천연가스, 석탄, 우라늄 등 평균 95.4%의 에너지를 수입하고 있는 실정이다. 수력 및 신재생에너지의 경우 기후변화에 대응하는 수단 그리고 정부의 저탄소에너지 전환 정책으로 인정받아 상대적으로 낮은 에너지 경제성에도 불구하고 꾸준히 보급되고 있다. 우리나라뿐만 아니라 독일, 프랑스, 영국, 중국 그리고 인도와 같은 세계 주요 국가들이 친환경 에너지 정책을 주도함에 따라 향후 신재생에너지의 공급 규모는 크게 확대될 것으로 전망된다. 중력 물 보텍스 마이크로 수력 발전 시스템은 시스템의 상하류부의 수두(hydraulic head) 차에 의해 저류조(basin)에서 발생되는 물의 보텍스 즉 소용돌이(whirlpool)를 이용하여 임펠러(impeller)를 회전시켜 전기에너지를 생산하는 친환경적 재생에너지의 일종이다. 또한, 시스템으로 유입되는 물은 전기에너지 생산을 위한 임펠러를 통과한 후 다시 하천으로 방류되므로 하천 수의 손실 그리고 하천의 물길도 거의 교란 시키지 않는다. 4가구 정도의 연간 가정용 전기 요구량인 12와 15kW 사이의 전기에너지를 생산하기 위해서는 발전시스템의 상류와 하류의 수두차가 단지 1.5에서 1.7m 이하이면 충분한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 중력 물 보텍스 친환경 마이크로 발전 시스템을 구성하는 저류조(basin)에 대해 최대 발전효율을 발생시키기에 최적인 기하학적 형태를 도출하는 것이며, 이를 위해 저류조의 cone angle에 따른 다양한 저류조 직경 및 물 보텍스 생성을 위한 저류조 형태의 변화, 유입수로와 저류조와의 각도인 notch angle의 변화, 유입부 폭과 유출부 직경, 유입수로의 길이 그리고 유입수로에서의 초기수심과 같은 기하학적 매개변수를 변화시켜 모의를 수행하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.360-360
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• 2016

도시 배수 시스템에서 유입유량이 관거의 만관 상태를 초과하거나 하류 흐름 때문에 발생하는 역류의 영향을 받는다면, 관거 시설은 과부하(surcharge) 상태인 압력흐름이 된다. 중력흐름 상태에서 맨홀의 수두 손실은 일반적으로 무시되지만, 과부하 맨홀에서의 수두 손실은 중요하며, 우수 관거 시스템의 전체 손실에 상당한 부분을 차지하게 된다. 이러한 현상은 여러 개의 맨홀을 가지는 도시 배수 시스템에서 특히 중요한 사항이 된다. 따라서 관거 시설 내 맨홀에서의 수리적 에너지 손실에 대한 연구와 보다 구체적인 설치 기준의 제시가 요구되고 있는 실정이다. 특히 배수관거 시스템의 하류부에 설치되는 4방향 합류맨홀은 맨홀으로 유입되는 주 유입관과 측면 유입관의 유입흐름의 영향으로 맨홀 내의 유수교란에 의한 흐름특성이 복잡하므로 이에 따른 흐름특성의 변화를 분석하고 에너지 손실을 연구할 필요가 있다. 그러므로 우수 관거 시스템의 우수 배제 능력을 증가시켜 도심지의 침수를 방지하기 위한 관거시설의 적정 설계 기준이 필요하며, 합리적인 설계 기준을 제시하기 위하여 과부하 4방향 합류 맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적, 시간적 한계를 극복하고 과부하 4방향 합류맨홀에서의 복잡한 흐름특성을 분석하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 FLUENT 6.3 모형을 선택하였다. 합류맨홀 및 접합 관거의 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 맨홀과 연결관의 합류부분에서는 사면체 격자로 구성하고 합류부분을 제외한 구간에서는 6면체 격자로 구성하였으며, 각 격자의 면은 가능한 사각형 또는 삼각형의 형태를 취하도록 하였다. 합류맨홀 모형의 벽면에는 No-Slip 경계조건을 부여하였으며, 유입부에는 속도 조건, 유출부와 맨홀의 자유수면 부분의 경계에서는 대기압 조건을 부여하였다. 수리모형 실험 결과와 비교하기 위하여 유입 관거의 유속 조건을 수리 모형실험의 조건과 동일하게 채택하여 수치모의를 수행하였다. 수치모형의 적용 결과 맨홀 내에서의 유속변화, 수심변화 및 압력변화에 대해서는 수리모형 실험 결과와 유사한 경향을 나타내고 있으며, 수치모형에 의하여 산정된 4방향 합류맨홀에서의 손실계수 값과 수리모형 실험에 의하여 산정된 손실계수 값이 유사하므로 우수 관거 시스템의 4방향 합류맨홀에서의 흐름 변화 및 손실계수 예측하는 데에 있어서 FLUENT 6.3 모형은 사용 가능하리라 판단된다.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.21 no.10
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• pp.41-48
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• 2005

The gravitational consolidation behavior of the dredged ground with horizontal drains is analyzed using a finite difference program developed for self-weight consolidation analysis with horizontal drains. The influence of area and direction of horizontal drains on the consolidation time and settlement is analyzed. Various field conditions such as the non-treated ground below horizontal drain installed ground, the accumulation of drained water at the end of horizontal drains, are also included in the analyses. It was found that a slight decrease of consolidation time is resulted in the twice increase of the sectional area of drains. Installing drains vertically can reduce the consolidation time more significantly than installing drains horizontally. The analyses showed quantitatively that the non-treated ground below the horizontal drain installed ground has much influence on long term consolidation settlement, and the accumulation of hydraulic head at the end of horizontal drains results in the increase of consolidation time and insufficient consolidation.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.54 no.2
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• pp.248-254
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• 2016

Efficacious wastewater treatment is essential for increasing sewage sludge volume and implementing strict environmental regulations. The operation cost of sludge treatment amounts up to 50% of the total costs for wastewater treatment plants, therefore, an economical sludge destruction method is crucially needed. Amid several destruction methods, wet air oxidation (WAO) can efficiently treat wastewater containing organic pollutants. It can be used not only for sludge destruction but also for useful by-product production. Volatile fatty acids (VFAs), one of many byproducts, is considered to be an important precursor of biofuel and chemical materials. Its high reaction condition has instituted the study of gravity pressure reactor (GPR) for an economical process of WAO to reduce operation cost. Simulation of subcritical condition was conducted using Aspen Plus with predictive Soave-Redlich-Kwong (PSRK) equation of state. Conjointly, simulation analysis for GPR depth, oxidizer type, sludge flow rate and oxidizer injection position was carried out. At GPR depth of 1000m and flow rate of 2 ton/h, the conversion and yield of VFAs were 92.02% and 0.17g/g, respectively.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.29 no.3B
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• pp.239-245
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• 2009

Levees, the hydro-engineering structure, are similar to earth dams in aspects of shape and structure. However, they are different from earth dams in the external force conditions. As a levee is the structure that is complexly affected by the flow and the water stage in the river, it may be unreasonable to analyze the seepage safety as previous studies derived from the neglect of river flow. In this study, an experiment was conducted to investigate flow structures in a trapezoidal open-channel and the influence of the channel flow on the seepage through a levee. Flow structures in a trapezoidal open-channel were distinguished from a rectangular open-channel such as velocity and bottom shear stress distributions. In case with the flow velocity of 0.5 m/s, seepage water heads were higher 10 percent as compared with the stagnant case. This result is caused by dynamic heads, secondary currents, turbulent fluctuation forces, and various physical factors. It is suggested that external force boundary considered in terms of the flow as well as the water stage is proper to seepage analyses.

• Membrane Journal
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• v.24 no.3
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• pp.194-200
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• 2014

The purpose of this study was to evaluate the performance of newly developed Large Pore Micro-Filtration (LPMF) membrane in Lab size for the application of water treatment, and to find its problems with solutions. The out-to-inside filtration hollow fiber LPMF membrane of which average pore size was $5{\mu}m$ was used at this study and its material was the PET braid reinforced PVDF. Filtration tests were done through gravity with 30 cm water head difference or pressure below 1.5 bar, and the backwash was done instantaneously with the filtrate after pressurizing it to about 4 bar. The water flux of the LPMF membrane with 0.2 bar TMP (Trans Membrane Pressure) was 2 times higher than $0.4{\mu}m$ MF membrane with $0.05{\mu}m$ UF filtrate of the tap water and it was measured also with 20~30 cm water head difference which showed over 800 LMH at 30 cm water head difference. And Time-To-Filter (TTF) was performed by using $5{\mu}m$ filter paper to optimize coagulants and dosage which enhanced filtrate's turbidity and stabilized filtration flux. When the LPMF was operated with 30 cm gravity with very high dose of inorganic coagulants, the flux was maintained over 80 LMH with 93.5~99.5% turbidity removal. Especially, the filtration was maintained stably in the flux and about 97% of the recovery rate by instantaneous pressurized backwash with about 4 bar of the filtrate when the packing density was about 19%. But there was instability in filtration, since the TMP was continuously going up by inefficient backwash when the packing density was 43%.

• Journal of Appropriate Technology
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• v.7 no.1
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• pp.72-81
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• 2021

Gravity-driven membrane (GDM) filtration system based on the nanofiber membrane was investigated. This system can be operated with little energy demand due to a gravitational pressure-driven filtration and biological fouling control strategy. Moreover, the optimal module configuration based on the high permeance of nanofiber membrane can provide a significantly high water productivity. In order to evaluate its applicability potential, the pilot-scale (3000-5000 L/day) systems with nanofiber membranes were operated in developing countries (Kiribati and Tuvalu). Our results showed that the 14-92 L/(m²×h) of the permeate flux was determined indicating a stabilized water productivity. In addition, the permeate water indicated a high removal rate (more than 99.99%) of turbidity and bacteria. Consequently, the system can provide a stabilized water production with safe permeate water quality during long-term operation. These findings exemplify an effective approach to decentralized drinking water treatment for developing countries.