• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.292-292
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• 2017

하천에서 주로 부유사의 형태로 이송되는 유사는 크게 점착성 유사와 비점착성 유사로 구분된다. 입자의 크기가 약 $63{\mu}m$이하인 유사는 입자 표면의 전자기적 점착력의 영향이 우세하여 유사입자들은 지속적인 응집현상을 겪는다. 응집 현상을 통해 유사의 가장 단위인 일차입자(Primary Particle)들은 하나의 커다란 덩어리인 플럭(Floc)을 형성한다. 응집현상이 중요한 이유는 형성된 플럭의 크기 및 밀도가 끊임없이 변화하는 데 있다. 크기와 밀도의 지속적인 변화로 인하여 유사의 부유에 직접적으로 관계하는 침강속도가 변화한다. 우리나라의 금강 및 낙동강의 하구는 점착성 유사가 지배적인 환경으로, 하구에서의 유사 이동을 살펴보기 위해서는 흐름 방향 및 연직방향으로의 흐름 특성(Hydrodynamics)변화와 응집 모형을 통한 응집 현상의 고려가 필수적이다. 이에따라, 본 연구에서는 흐름 방향 및 연직방향으로의 2차원 점착성 유사 이동모형에 관한 개념적 틀(Framework)을 제시한다. 2차원 점착성 유사 이동 모형의 개념적 틀은 기존의 1차원 연직 점착성 유사 이동 모형을 근간으로 한다. 모형에서 흐름을 구성하는 지배 방정식은 오일러-오일러 이상방정식(Eulerian-Eulerian Two-Phase Equation)을 통해 얻는다. 유사상(Sediment Phase, Dispersed Phase)와 유체상(Fluid Phase, Continuous Phase)는 혼합물 이론(Mxiture Theory)를 통해 하나의 혼합물 상(Mixture Phase)의 지배방정식으로 대표된다. 난류의 계산은 와점성 모형 중 -${\varepsilon}$모형을 통해 수행되며, 부유사의 농도는 유사의 이송-확산 방정식을 통해 모의된다. 입력된 흐름 조건을 따라 초기 흐름이 모의되면, 유체 내에서 시간에 따른 플럭의 크기가 계산된다. 플럭의 크기가 계산되는 과정에서 밀도와 침강 속도가 계산되며, 그 이후에 유체 내 유사의 농도가 계산된다. 난류 모의가 수행되고 난 이후에, 유속이 재계산 된다. 이러한 과정을 통해 흐름 방향 및 연직 방향으로의 유사 이동 모의가 가능한 2차원 점착성 유사 이동 모형이 개발될 수 있을 것이라고 생각된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.245-245
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• 2019

점착성 유사는 유사가 가지는 점착력에 의해 응집현상을 겪으며 그 크기와 밀도가 변화한다. 유사의 크기와 밀도는 침강속도에 직접적인 영향을 주며 침강속도는 변화는 유사의 거동에 매우 중요한 작용을 한다. 따라서 점착성 유사의 크기 특성을 파악하는 것은 필수적이다. 본 연구는 유사가 가지는 입도분포를 파악하기 위해 통계학적 접근법을 적용하여 분석하였다. 점착성 유사의 입자가 가지는 입도 분포를 구체화한 결과를 유사의 입도 분포를 위한 수치 모의 연구에 적용하여 모의 결과를 향상시키고 유사 문제의 분석에 용이하도록 하려 한다. 통계학적인 방법 중 적합도 검정을 이용하여 실제 점착성 유사의 입도가 어떠한 분포를 모사하는지 분석하였다. 수집된 입도 분포 자료에 적합도 검정 방법 중 Kolmogorov-Sminorv(K-S) 검정을 이용하였으며 유의수준 5%를 통과할 경우 이론 분포가 점착성 유사의 입도 분포를 잘 모사하는 것으로 판단하였다. 점착성 유사의 입도 분포를 수집하고 그 자료를 바탕으로 적합도 검정을 실시한 결과 많은 연구에서 점착성 유사의 입도 분포로 가정하고 있는 Log-normal 분포가 유의수준 5%를 기준으로 적합도 검정을 통과한 경우는 많지 않았다. 본 연구에서 검정한 결과로는 기존에 이용되는 Log-normal 분포는 위치 매개변수를 추가하여 3 매개변수 분포를 사용할 경우에만 점착성 유사의 입도 분포를 모사한다고 판단된다. 향후에는 점착성 유사의 입도 분포를 모사하고 사용함에 있어 Log-normal 분포를 무조건적으로 이용하는 것은 지양하고 점착성 유사가 가지는 특성을 파악하여 어떠한 입도 분포 형태를 나타낼지 미리 예측하여 이론 분포를 가정한다면 수치모형을 통해 점착성 유사의 입도 분포를 모사할 때 그 정확도가 크게 증가할 것으로 판단된다. 또한 점착성 유사의 입도 분포로서 제시한 GEV 분포와 Gamma 분포, Log-normal 분포를 FM 모형에 결합하여 입도 분포를 모의한 후 그 결과를 실제 현장에서 측정된 입도 분포와 비교하는 과정을 통해 실제 어떠한 분포가 가장 적합하게 모의하는지도 검증할 필요성이 있다고 판단된다. 또한 점착성 유사의 입도를 모사하는 분포를 새로 개발하여 사용한다면 점착성 유사의 이동과 특성을 연구할 때 가장 중요한 크기 특성에 대한 많은 정보를 제공할 수 있으며 유사와 관련된 문제를 용이하게 분석할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.246-246
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• 2019

점착성 유사는 비점착성 유사보다 작은 입자 크기를 가지며 전자기적 점착력에 의해 연속적인 응집과 파괴의 과정인 응집현상을 겪는다. 응집현상에 의해 생긴 유사 덩어리를 플럭(Floc)이라고 하며 유사의 응집현상은 점착성 유사가 가지는 입자 크기, 침강속도, 밀도를 변화시킨다. 유사의 이동은 크기, 침강속도, 밀도에 영향을 받는다. 따라서 점착성 유사의 여러 특성에 관여하는 입자의 크기에 대한 충분한 이해는 점착성 유사의 이동을 파악하는 데에 필수적이다. 본 연구에서는 점착성 유사의 여러 특성 중, 입자 크기 분포에 대한 특성을 분석하는 것을 수행하였다. 일반적으로 점착성 유사의 연구에서 입도 분포는 Log-normal 분포로 가정하여 사용되고 있다. 그러나 그 적합성에 대해서는 검증된 바가 없다. 따라서 과거 연구에서 조사된 점착성 유사의 입도 분포 자료를 현장에서 측정된 자료와 실험실에서 측정된 자료로 나누어 수집한 후, 표본에 통계학적인 방법인 적합도 검정을 사용하여 실제 어떠한 분포를 모사하는지 살펴보았다. 적합도 검정은 Kolmogorov- Smirnov (K-S)검정을 이용하였으며 K-S 검정의 결과가 유의수준 5%를 통과하는 경우 가정된 분포가 실제 표본을 잘 모사하는 것으로 판단하였다. 적합도 검정 결과, 점착성 유사의 입도 분포는 현장 실험과 실험실 실험에서 다른 특징을 나타내었다. 현장 실험의 경우 입도 분포의 형태가 지수 분포의 형태를 나타내는 경우가 많았으며 Gamma 분포가 우수하게 모사하였다. 실험실 실험의 입도 분포는 일반적인 양의 왜곡도를 가지는 분포를 그렸으며 GEV 분포와 Gamma 분포가 우수하게 모사하였다. 두 경우 모두 Log-normal 분포가 적합하다고 판단되는 경우는 많지 않았다. 그러나 Log-normal 분포에 위치 매개변수를 추가하여 3 매개변수의 분포로 모사한 경우 유의수준 5%를 통과하는 경우가 크게 증가하였다. 향후에는 점착성 유사의 입도 분포를 모사하고 사용함에 있어 Log-normal 분포를 무조건적으로 이용하는 것은 지양해야할 것으로 판단된다. 2 매개변수의 분포를 점착성 유사의 입도분포로 사용할 경우, Gamma 분포를 추천하며, 기존에 사용되던 Log-normal 분포를 사용할 경우 위치 매개변수를 추가하여 3 매개변수의 Log-normal 분포를 이용할 것을 추천한다. 또한 점착성 유사의 입도를 모사하는 분포를 개발하여 사용한다면 점착성 유사의 이동과 특성을 연구할 때 가장 중요한 크기 특성에 대한 많은 정보를 제공할 수 있다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.245-245
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• 2021

해양으로 유출된 5 mm 이하의 크기로 분해된 미세플라스틱이 해양 환경 오염의 주요 원인으로 자리잡았다. 최근에는 청정해역으로 알려진 남극해에서도 발견되고 있어 남극해에 잔류하는 미세플라스틱 오염 수준을 이해하기 위해 노력하고 있다. 하지만, 파랑의 효과를 고려한 남극해의 해수 순환 구조와 미세플라스틱의 고유 특성을 반영한 미세플라스틱의 거동 및 공간적 분포에 대한 복합적 이해는 상대적으로 부족하다. 남극해에서 발견된 미세플라스틱은 과학기지들의 방류수나, 조사선 등과 같은 인위적인 활동으로 인해 집적될 수 있으며, 특히 영구적으로 거주하는 과학기지에서 흘려보내는 방류수에 포함된 미세플라스틱은 과학기지 주변 해수 오염에 직접적인 영향을 줄 것으로 예상된다. 따라서, 본 연구에서는 파랑 효과에 따른 남극 킹조지 섬(King George Island)에 위치한 세종과학기지의 방류수에 포함된 미세플라스틱의 이송에 대해 모의하였다. 세종과학기지가 위치한 킹조지 섬과 넬슨 섬(Nelson Island) 사이의 멕스웰 만(Maxwell Bay)의 해수 흐름을 재현하기 위하여 해수 유동 모델(Delft3D-FLOW)이 사용되었다. 또한, 해수 유동 모델에 파랑 모델(Delft3D-WAVE)을 결합하여 파랑의 효과가 미세플라스틱의 이송에 미치는 영향을 확인하였다. 세종과학기지의 방류수가 흘러나가는 마리안 소만(Marian Cove)의 유속장을 바탕으로 이송, 확산, 입자의 침강 속도를 고려하여서, 세종과학기지에서 밀물 시 방출한 입자를 라그랑지안 입자 추적(Lagrangian Particle Tracking) 방법을 이용해 추적하였다. 해수의 밀도보다 가벼운 플라스틱의 경우 해수 표층의 흐름을 따라 소만 내부로 이송되어 해안선에 도달하고, 해수의 밀도보다 무거운 플라스틱의 경우 소만 내부로 이송되나 입자의 침강 속도로 인해 방출 위치 근처에서 집적된다. 파랑의 효과를 고려하게 되면, 고려하기 전보다 두 종류의 미세플라스틱 모두 소만 내부로 더 멀리 이송되는데, 이는 파랑으로 인한 힘(wave-induced force)이 해수 유동 모델의 운동방정식에 추가되며 파랑 에너지 분산으로 인해 해수 흐름에 변화를 준 것으로 보인다.

• Environmental Analysis Health and Toxicology
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• v.17 no.3
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• pp.225-238
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• 2002

유해물질의 거동에 대한 이해를 돕기 위해서 대도시지역을 대상으로 하여 fugacity를 이용한 level-III 다매체환경거동모형이 개발되었다. 이 모형에 의한 거동의 예측결과에 민감한 영향을 주는 입력과정과 변수들을 찾아내기 위하여 체계적으로 민감도분석을 수행할 수 있도록 하는 기법을 개발하고 사례연구로서 서울지역과 2, 3, 7, 8-TCDD을 대상으로 그 기법을 적용하였다. Sensitivity index에 의한 평가한 결과, 일정한 배출속도조건에서는 대기중의 바람속도, 그리고 대기에서 수체나 토양으로 전이되는 건식 및 습식 침적과정이 다매체거동에서 전체적으로 가장 중요한 과정인 것으로 나타났다. 또한 이들 거동과정 자체에 영향을 미치는 변수들에 대한 민감도 분석의 결과 건식침적의 경우 중력에 의한 입자들의 침강속도가, 습식침적의 경우 평균 강우속도가 대단히 중요한 변수임이 파악되었다. 물질의 물리화학적 특성 가운데에서는 z-값에 직접 영향을 주는 변수들, 즉, 헨리상수와 옥타놀-물 분배계수 등이 결과에 민감한 영향을 주는 것으로 나타났다. 이러한 사례연구는 본 연구에서 개발된 민감도분석기법이 유해물질의 다매체 거동모형을 개선하고 좀더 중요한 거동과정에 대한 이해를 넓히는데 효율적으로 사용될 수 있다는 것을 보여주고 있다.

• The Korean Journal of Petroleum Geology
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• v.5 no.1_2 s.6
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• pp.36-47
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• 1997

This study presents multi-variable sequence model for a broader application of sequence concept proposed by Exxon group. The concept of the multi-variable model is based on the fact that internal organization and boundary type of the sequences are determined by three varying factors including 3rd-order cycles of eustasy, and tectonic movement and sediment influx with 2nd-order changes. Instead of Exxon group's systems tracts, this model adopts parasequence sets as the fundamental building blocks of the sequence, because they are descriptive stratigraphic units simply defined by internal stacking pattern, reflecting interactions of accommodation and sediment influx. Seven sequence types which vary in number and type of internal parasequence sets are formulated as associations of four types of accommodation development and three grades of sediment influx. In the southwestern margin of Ulleung Basin, the multi-variable sequence analysis of shelf-slope sequence shows systematic changes in stratal patterns and the numbs, of constituent parasequence sets (i.e. sequence type). These changes are interpreted to reflect temporal and spatial changes in type and rate of tectonic movement and sediment influx, as a result of back-arc opening and closing. During the back-arc opening, rapid subsidence, continuous rise of relative sea level, and high sediment influx gave rise to sequences dominantly of single progradational parasequence set. In the early stage of back-arc closing accompanied by local contractional deformation, different types of sequences contemporaneously formed depending on the spatial changes in tectonically-controlled accommodation and influx rates. During the subsequent slow back-arc subsidence, rise-dominated relative sea-level cycle was coupled with moderate to high sedimentation rate to have resulted in sequences consisting of $2~3$ parasequence sets.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2008.11b
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• pp.2396-2400
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• 2008

The motion of small heavy particles in homogeneous isotropic turbulence in the present of gravity is investigated using Direct Numerical Simulations (DNS) at moderate Reynolds number. The Lagrangian velocity and acceleration statistics of particles and of flow for a wide range of Stokes number, defined as the ratio of the particle response time to Kolmogorov time scale of turbulence, were obtained for the direction of the gravity and normal direction, respectively. It is found that particles lose their correction faster than the case without gravity. Then, a significant increase in the average settling velocity was observed for a certain range of Stokes number. Our focus is placed on gravitational effect on very small particles. Our simulations show that as the Stokes number reduces to zero, their mean settling velocity approaches the terminal velocity in still fluid.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.47 no.6
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• pp.727-733
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• 2009

Effects of $Ca(OH)_2$ concentration(0.16~0.64 wt%), total volumetric flow rate(3~6 L/min) and $CO_2$ volume fraction(0.3~0.6) on morphology of the precipitated $CaCO_3$ and the mean particle size of the precipitated $CaCO_3$ were investigated in the slurry bubble column reactor. Experiments were carried out in acrylic reactor($0.11m-ID{\times}1.0m-high$) with a internal tube($0.04m-ID{\times}1.0m-high$). The calibration curve on the mass ratio of $CaCO_3$ to $Ca(OH)_2$ was obtained by FT-IR for the conversion of $Ca(OH)_2$ with the reaction time. The reaction rate of $Ca(OH)_2$ increased with increasing the volumetric flow rate of $CO_2$. From SEM images, the crystal size of $CaCO_3$ increased with increasing the reaction rate in the saturated concentration of $Ca(OH)_2$ (0.16 wt%). In addition, the crystal size of precipitated $CaCO_3$ decreased with increasing the concentration of $Ca(OH)_2$, but the mean particle size of precipitated $CaCO_3$ increased with increasing the concentration of $Ca(OH)_2$.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.10
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• pp.887-901
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• 2016

Cohesive sediments form flocs through the flocculation process. The size and density of floc are variable whereas those of a fine sediment are always assumed to be constant. The settling velocity, one of main factors of sediment transport, is determined by size and density of particle. Therefore, the flocculation process plays an important role in transport of cohesive sediment. It is of great difficulty to directly measure the density of floc in the field due to technical limitation at present. It is a popular approach to estimate the density of floc by applying the fractal theory. The main assumption of fractal theory is the self-similarity. This study aims to examine the applicability of fractal theory to cohesive sediment in small rivers of Korea. Sampling sediment has been conducted in two different basins of Geum river and Yeongsan river. The results of settling experiments using commercial camera show that the sediment in Geum river basin follows the main concept of fractal theory whereas the sediment in Yeongsan river basin does not have a clear relationship between floc size and fractal dimension. It is known from this finding that the fractal theory is not easily applicable under the condition that the cohesive sediment includes the high content of organic matter.

• Clean Technology
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• v.16 no.2
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• pp.124-131
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• 2010

Effects of $Ca(OH)_2$ concentration (0.16~0.64 wt%), surfactant concentration (2~16 wt%), total volumetric flow rate (3~6 L/min) and $CO_2$ volume fraction $(0.3{\sim}0.6)$ on morphology, crystal structure, mean particle diameter, aggregation and specific surface area of the precipitated $CaCO_3$ were investigated in the slurry bubble column reactor. Experiments were carried out in acrylic reactor ($0.11\;m-ID{\times}1.0\;m-high$) with a internal tube ($0.04\;m-ID{\times}1.0\;m-high$h). The reaction time of $CaCO_3$ synthesis decreased with adding Dispex N40 of the anionic surfactant. The reaction rate of $Ca(OH)_2$ increased with increasing the volumetric flow rate of $CO_2$. From SEM images, the single crystal of $CaCO_3$ increased with increasing the reaction rate in the saturated concentration of $Ca(OH)_2$ (0.16 wt %) and the concentration of Dispex N40 (2 wt%). The mean particle size of $CaCO_3$ varied with adding Dispex N40. In addition, the specific surface area of $CaCO_3$ increased with adding of surfactant (2 wt%) from $35m^2/g$ to $44m^2/g$ at the volumetric flow rate of $CO_2$ (0.9 L/min) and the concentration of $Ca(OH)_2$(0.64 wt %).