• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.239-243
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• 2011

우리나라 주요 수자원인 댐 저수지는 여름철 성층현상으로 인해 많은 수질문제가 발생하여 산기식 수중폭기장치를 설치하고 있다. 그러나 산기식 수중폭기장치의 설계인자들은 대부분 lab-scale의 실험연구를 통해 검토되고 설계에 반영되고 있어 실제 댐 저수지에 적용하기 위해서는 현장적용성을 고려하여 개선될 필요가 있다. 따라서 본 연구는 실제 댐 저수지의 현장조건을 고려하여 CFD 모의실험을 통해 산기식 수중폭기장치의 설계인자인 무차원변수 DN (Destratification Number)과 탈성층 영향반경 및 효율을 검토하였다. 그 결과 현장조건에서의 DN값은 lab-scale 실험조건보다 더 넓은 범위를 가지며, 단위수심당 탈성층 영향반경은 DN값이 증가할수록 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 탈성층 효율은 DN값이 증가할수록 선형적으로 증가하다가 증가율이 감소하면서 일정해지는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권3호
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• pp.219-231
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• 2004

수중폭기장치로 저수지 성층을 파괴시켜 저수지 수질을 개선시키기 위한 방법이 최근 널리 이용되고 있다. 본 연구는 주요 성층 파괴기작인 Bubble Plume(공기 부력류)의 수리동역학적 거동특성과 플륨 간격에 따라 변하는 모멘텀 중첩효과가 성층파괴 효율에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 수행하였다. 이를 위해 전산유체(CFD) 소프트웨어를 이용한 2상(공기-물) 3차원의 탈성층모델을 개발했으며, 이로부터 계절에 따라 변하는 다양한 성층강도와 주입 공기량에 따라 변하는 비정상상태의 성층파괴 발달과정은 물론 최적 탈성층 효율을 갖는 플륨간격을 제안할 수 있었다. 모델검증을 위한 실험을 위해 대형 실험조를 개발했으며, 온도성층은 소금물을 이용했던 기존연구와는 달리 가열순환수를 이용한 자연성층을 재현시켜 수행하였다. 연구결과 탈성층 효율은 디퓨서 배치간격에 크게 영향을 받는 것으로 밝혀졌으며, 플륨간격이 수심의 약 1.5배 이내익 때 중첩영향이 강하게 일어났고, PN가 클수록 간격에 영향을 상대적으로 크게 받았다. 또한, 간격이 수심보다 작곤 때는 효율이 PN에 비례해서 선형적으로 증가한 반면 그 이상에서는 효율이 상대적으로 감소하면서 비선형적으로 증가하는 현상을 밝혀냈다. 이상의 연구결과를 통해 주입공기량은 PN가 약 1000, 디퓨서 배치간격은 수심의 1.5배일 때가 최적의 성층파괴 조건인 것으로 나타났다.

• 상하수도학회지
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• 제19권6호
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• pp.827-837
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• 2005

In this study, we derived a new non-dimensional variable including bubble size and air diffusing area by Buckingham's theorem for making a practical correlation with experimental results. Firstly, we drew a relationship between a non-dimensional variable, $NH/u_s$, which has a form of Froude number and destratification efficiency with a simple theoretical consideration. Then we derived two non-dimensional variables by Buckingham's ${\pi}$-theorem and equating them with a form of $Fr_N$ for making single parameter to correlate overall destratification efficiency. As the result, the single parameter Be number shows a correlations with destratification efficiencies obtained from laboratory and pilot experiments. Also, for the practical applications, we conducted multiple regression analysis using Be and tank area to make predictive equations about destratification efficiency. The result also shows a successful correlations with destratification efficiency ($R^2$>0.9, p<0.001). Using this equation, we proposed a new design methodology with respect to bubble diffusing area.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.952-956
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• 2010

저수지에 설치된 물순환장치는 저수지 수문상황과 자연조건의 변화에 따라 유동특성이 상이하므로 연구자가 고려하는 다양한 조건에서 현장 측정하기는 불가능하다. 이런 문제를 대체하는 방안으로 전산유체유동(CFD) 모형을 적용한 모사를 실시함으로서 다양한 조건에 따른 효과를 평가할수 있게 된다. 본 연구에서는 전산유체유동을 통한 대류식 물순환장치의 유동영향범위와 수질변화 등을 평가하고, 다양한 조건에서 모사를 실시하여 최적운영방안을 도출하고 실제운영에 활용토록 하고자 한다. 수체거동을 모사하기 위해 실제 저수지를 형상화한 Domain을 3가지로 구성하였다. 첫번째는 반경 20m, 깊이 40m Domain에 물순환장치를 중앙에 설치한 것이며(D20), 두 번째는 반경 40m, 깊이 40m에 두 개의 물순환장치를 양쪽에 설치하였고(D40), 세 번째는 반경 100m, 깊이 40m로 설정(D100)하였고 양쪽에 두 개의 물순환장치를 설치한 것으로 구성하였다. CFD에 의한 개별 대류식 순환장치의 유동모사결과 D20은 시간의 경과에 따라 수온성층이 하강하는 현상이 나타났으며 이러한 결과로 판단할때 40m 간격으로 대류식 순환장치를 설치하여 운영하면 탈성층이 나타날 수 있을것으로 판단되었다. D40에 대하여 CFD에 의한 유동모사를 실시하였으며 시간의 경과에 따라 수온성층의 변화는 나타나지 않았다. 이러한 결과로 판단할때 40m 간격으로 한줄로 대류식 순환장치를 설치하여 운영하면 성층을 깨는 현상은 나타나지 않을 것으로 평가되었다. 반면 Dye테스트시 심층에서 상승한 수체는 수온성층 표면에서 수평방향으로 계속 퍼져 나가면서 옆장치에서 상승된 수체와 혼합이 활발히 이루어 지는 현상을 나타내었다. 장치간 거리가 100m인 대류식 물순환장치에 의한 유동모사시 수온성층의 변화는 전혀 나타나지 않았으며, Dye테스트시 심층에서 상승한 수체는 수온성층 위에서 수평방향으로 퍼져 나가면서 옆에서 가동되는 장치에서 상승된 수체와 혼합 현상을 나타내기는 하나 D40보다 혼합시간이 더 걸리는 것으로 나타났다.

• 한국추진공학회지
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• 제14권3호
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• pp.16-22
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• 2010

가스터빈 엔진의 성능은 구성품 성능 특성에 큰 영향을 받는다. 일반적으로 구성품 성능 특성은 여러 조건에서의 많은 실험을 통해서만 얻을 수 있어 많은 시간과 비용이 소모되므로 엔진 제작자는 엔진 구매자에게 고비용의 구성품 성능 특성맵의 제공을 하지 않는다. 따라서 일반적으로 유사한 성능맵을 스케일링하여 사용하는데, 이 방법은 탈설계점에서 큰 오차를 보이는데 특히 성층권 이상의 고도에서 운용되는 가스터빈 성능은 더욱 차이를 보인다. 이에 본 연구는 PT6A-67A 터보프롭 엔진을 대상으로 하여 제공된 성능 데이터로부터 구성품 성능맵을 역생성 하는 방법을 제안하였으며, C++를 이용한 대상 엔진 모델링 결과와 제공된 엔진 성능덱 결과를 비교하여 타당성을 검증하였다.