• 대한기계학회논문집B
• /
• 제40권6호
• /
• pp.383-389
• /
• 2016

사각공동 및 채널이 형성된 마이크로구조 표면을 활용하여 수조비등 임계열유속에 대한 중력 및 모세관 압력의 영향에 대해 연구하였다. 마이크로 공동구조는 모세관 압력에 의한 액체유동을 억제하는 역할을 하였고, 마이크로 채널구조는 비등표면으로의 1차원적인 액체유동을 유발하는데 기여하였다. 이를 통해 임계열유속과 모세관 유동의 상관관계를 정량화할 수 있었다. 비등표면으로의 액체공급을 위한 원동력은 중력수두 및 모세관 압력에 의해 유발될 수 있다. 본 연구에서는 수조비등 실험 및 가시화 데이터의 분석을 통해 수조비등 표면에서의 핵비등을 유지할 수 있는 액체공급은 중력 수두 및 모세관 압력과 밀접한 상관관계를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.1828-1832
• /
• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
• /
• pp.387-391
• /
• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
• /
• pp.432-432
• /
• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
• /
• pp.360-360
• /
• 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.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제21권10호
• /
• pp.41-48
• /
• 2005

수평배수재가 설치된 준설매립지반의 중력에 의한 압밀 거동을 수평배수 자중압밀해석을 위하여 개발된 유한차분 프로그램을 이용하여 해석하였다. 수평배수재 단면의 크기와 수평배수재의 설치단면의 방향(수직/수평)이 대상지반의 압밀에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 시공된 지반에서 발생 가능한 요인들, 즉 하부 무처리층의 존재, 그리고 수평배수재 단부에서의 수두적체 등이 압밀속도와 침하량에 미치는 영향도 분석하였다. 그 결과, 수평배수재의 단면적을 2배로 증가하여도 압밀 소요시간이 미량 감소하는데 그쳤으나, 수평배수재를 수직방향으로 설치한 경우 수평방향 설치시에 비하여 압밀소요 시간이 매우 감소하는 것으로 평가되었다. 해석결과로 부터 하부 무처리층의 영향이 처리 지반의 장기 침하에 미치는 영향이 크며, 배수재 단부에 발생하는 수두적체는 압밀시간 증가와 미진한 압밀효과를 초래하는 것을 정량적으로 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제54권2호
• /
• pp.248-254
• /
• 2016

오늘날 폐수처리는 슬러지의 증가와 환경규제의 이유로 매우 중요해지고 있다. 슬러지처리는 폐수처리플랜트에 있어서 운영비의 50%를 차지하므로 슬러지 분해에 있어서 경제성 있는 방법이 대두되고 있다. 습식산화 반응은 폐수의 유기물을 효과적으로 제거해주고 슬러지 분해 뿐만 아니라 바이오연료의 전구체로 쓰일 수 있는 휘발성 유기산이 부산물로도 나온다. 습식산화 반응은 고온 고압의 높은 조건의 단점이 존재하지만 중력식 반응기를 통한 수두압으로 운영비를 줄일 수 있다. 본 연구에서는 상용프로그램인 Aspen Plus를 이용하여 아임계 조건에서 PSRK 상태방정식을 이용하여 공정모사 하였다. 중력식 반응기의 길이, 산화제 종류, 슬러지 유량과 산화제 주입 위치에 따라 사례 연구를 해보았으며 중력식 반응기 1000 m, 유량이 2 ton/h일 때에 유기물의 전환률은 92.02%, 유기산 효율은 0.17 g/g이였다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제29권3B호
• /
• pp.239-245
• /
• 2009

제방은 형태 및 구성이 중력댐과 유사한 수리구조물이나, 외력조건에서 중력댐과 다른 특성을 가진다. 제방은 제외지의 수위와 흐름의 영향을 복합적으로 받는 구조물로서 하천의 흐름조건을 무시한 기존 연구와 같이 침투 안전성 해석을 시행하는 것은 바람직하지 않다. 본 연구에서는 하천제방 주변의 흐름인 사다리꼴 개수로 흐름구조와 제외지 흐름이 제방침투에 미치는 영향을 분석하기 위한 실험을 수행하였다. 사다리꼴 개수로 흐름구조는 유속분포 및 바닥면 전단응력에 있어 직사각형 개수로 흐름과 상이하였다. 또한 유속이 0.5 m/s인 경우에 침투 수두는 흐름이 없는 경우와 비교하여 10%정도 크게 나타났다. 이러한 현상은 동수두, 이차류, 난류 변동성분에 의한 인자, 그리고 다양한 물리적 영향에 기인한다. 따라서 침투해석의 외력조건은 수위뿐만 아니라, 흐름에 의한 영향을 고려할 필요가 있다.

• 멤브레인
• /
• 제24권3호
• /
• pp.194-200
• /
• 2014

본 연구의 목적은 대기공 정밀여과(Large Pore Micro-Filtration, LPMF)막의 수처리 응용을 위한 실험실 규모에서의 성능을 평가한 것으로 이를 통해 문제점 및 해결방안을 제시하는 것이다. 본 연구에 사용된 평균 기공이 $5{\mu}m$ LPMF막은 PET Braid가 보강되어 있는 PVDF 재질의 외압형 중공사막으로 여과실험은 30 cm의 수두차 혹은 1.5 bar 이하의 압력차로 수행하였으며, 역세는 여과수에 압축공기로 약 4 bar의 압력을 가한 후 수초 내에 순간 역세하는 가압역세였다. 0.2 bar의 TMP (Trans Membrane Pressure)에서 $0.05{\mu}m$ UF로 전처리한 시수로 $0.4{\mu}m$의 MF와 flux를 비교한 결과 UF에 비해 LPMF의 flux가 약 2배 정도 높았으며, 동일한 시수에 대해 15~30 cm의 수두차에 따른 flux를 측정한 결과 30 cm 수두차에서 800 LMH 이상의 높은 flux를 확인하였다. 또한 여과수의 탁도 향상과 여과 flux의 안정적 유지를 위해 여러 가지 무기응집제에 대한 $5{\mu}m$ 기공의 여지를 이용한 Time-To-Filter (TTF)를 통해 적정 응집제 및 그 주입량을 결정하였다. 고농도 무기응집제 주입 및 30 cm 이상의 수두차로 LPMF를 중력식으로 운전하였을 때 flux는 80 LMH 이상이었고, 탁도 제거율은 93.5~99.5%이었다. 특히 약 4 bar의 압력의 순간 가압역세를 한 결과 막의 충진율이 19%인 경우 여과수의 회수율을 약 97%로 유지하면서도 여과 flux가 안정적으로 유지되었으나, 막충진율을 약 43%인 경우 순간 가압역세만으로는 역세가 불안정하였던 관계로 여과압력이 지속적으로 상승하는 등의 여과공정이 불안정한 문제점을 보였다.

• 적정기술학회지
• /
• 제7권1호
• /
• pp.72-81
• /
• 2021

안전한 음용수 확보를 위한 적정기술로써 환경적, 기술적 요구사항을 충족할 수 있는 나노섬유 멤브레인으로 구성된 무동력 막 여과 시스템을 평가하였다. 이 장치는 수두차에 의한 중력과 생물학적 막 오염층 제어로 별도의 에너지원이 필요 없고, 핵심 소재인 PVDF 나노섬유 멤브레인 필터가 병렬로 연결, 모듈화되어 있어 물 생산성을 높이는 구조이다. 이 장치의 실제 현장 적용 가능성을 평가하기 위해 Pilot-scale (3000-5000 L/day) 나노섬유 멤브레인 기반 정수 시스템이 개발도상국(키리바시, 투발루 등)에 2017년 8월 설치되어 3개월간 운영되었다. 14-92 L/(m²×h)의 플럭스로 안정적 물 생산성을 확인하였고 처리수의 탁도와 박테리아의 높은 제거율 (99.99% 이상)로 안전한 수질을 장기간 제공할 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 현장 적용을 통해 나노섬유 멤브레인 기반 무동력 정수 시스템이 장기간 안전한 음용수를 공급할 수 있는 정수장치로 평가되었고, 적정기술로써 개도국의 수처리 장치로 활용 가능성을 보여준다.