• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제3권4호
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• pp.263-271
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• 2016

본 연구에서는 호소 수체에 산소를 포기시켜 주는 마이크로 버블 발생장치를 충남 아산에 위치하고 있는 죽산호에 설치하여 수체에 미치는 수리학적 영향반경과 용존산소 (DO) 농도 분포를 조사하였다. 수체에 미치는 수리학적 영향반경은 로다민 염료를 이용한 추적실험을 하였으며, 마이크로 버블 제트류의 수평방향으로 총 160 m 길이의 가이드라인을 설치하여 10 m 지점마다 수심 1 m, 2 m, 3 m에서 로다민 농도, 수온, DO 등을 측정하였다. 죽산호의 로다민 배경농도는 $0.3-0.5{\mu}g/L$이었고, 용액 주입 후 15분 이내에 20-40 m 거리까지 확산되었으며, 거리 50-120 m의 수심 2 m 지점에서 로다민 농도가 $3.1-12{\mu}g/L$를 나타냈다. 본 연구결과로부터 마이크로 버블 발생장치의 제트류에 의한 직접적인 영향 범위는 40-50 m이고, 그 이후에는 이류 및 확산에 의한 영향으로 120 m까지 이동하는 것으로 나타났다. 수중 DO 농도는 경과시간과 이격 거리에 상관없이 7.4-12.6 mg/L의 농도를 유지하였고, 마이크로 버블 적용 전의 호소 바닥층 DO 0.2 mg/L에서 운영 후 8.0 mg/L 이상으로 DO가 개선되는 것으로 나타났다. 본 연구 결과에 의하면 마이크로 버블 포기 기술은 농업용 호소의 수질 관리와 개선에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권1호
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• pp.5-14
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• 2009

본 연구에서는 유효수직응력의 영향을 받고 있으며, 공간적으로 상관된 간극분포를 포함하고 있는 단일 균열 내에서의 용질이동에 대한 공간적 거동을 수치적으로 분석하였다. 분석결과 단일 균열에서의 용질이동은 간극분포의 공간적 상관정도와 적용된 유효수직응력에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 공간적 상관길이가 증가함에 따라 용질입자의 평균이동시간은 감소하였으며, 또한 용질이동에 대한 굴곡도와 Peclet 수(유체흐름에 의한 용질의 이송율과 분자확산율과의 관계를 나타내는 무차원 수)가 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 공간적 상관길이가 증가할수록 단일 균열 내의 간극분포가 용질입자의 이동에 유리하다는 것을 의미한다. 그러나 유효수직응력이 증가할수록 용질입자의 평균이동시간과 굴곡도는 증가하는 경향을 나타냈으며, Peclet 수는 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 유효수직응력이 증가할수록 접촉면의 증가로 인해 한 두 개의 상대적으로 큰 국부유량을 가지는 유로를 따라 이동하기 때문인 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서 용질이동에 대한 모의된 결과에 근거하여 공간적 상관길이에 따른 유효수직응력과 용질의 평균이동시간과의 관계를 나타내는 지수형태의 상관식을 제안하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권2호
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• pp.99-108
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• 2006

부유사의 거동을 나타내는 데는 이송-확산 방정식이나 이 방정식을 간략화한 식들이 이용된다 이 방정식은 여러 가지 가정하에서 유도되었으나, 이러한 가정에 대해서는 심도있는 검토가 되지 못한 상태에 있다 그 이유는 난류의 측정 자체가 매우 힘들며, 유사가 혼합된 흐름의 경우 물과 유사의 속도를 구별해서 측정하기 매우 힘들기 때문이다. 본 연구는 입자 영상 유속계(PIV, Particle Image Velocimeoy)의 일종인 입자 추적 유속계(PTV, Particle Tracking Velocimetry)를 이용하여 개수로 난류에서 물과 유사의 속도를 측정하는 실험적 연구이다. 측정 결과, 하상에서 어느 정도 떨어진 영역에서는 유사의 속도가 물보다 느린 경향을 보였다. 이 속도 지체의 양은 본 연구의 경우 평균 유속 의 약 $5\%$ 정도였으며, 속도 지체가 최대에 이르는 지점은 $g/h\approx0.05\;(g^{+}=30\~50)$정도인 것으로 나타났다. 유사 입자가 물보다 느리게 이동하는 것은 전적으로 유사의 비중이 물보다 크기 때문으로 보인다. 반면, 하상에 근접한 점성 저층에서는 오히려 유사 입자의 속도가 물보다 빠르게 나타났으며, 이것은 물은 고체 경계면에서 점착 조건에 종속되는 데 반하여, 유사 입자는 점성의 영향을 받지 않기 때문으로 보인다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제11권1호
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• pp.13-23
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• 2008

연안해역의 부영양화, 빈산수괴 형성 그리고 유해적조류 출현과 같은 수질오염은 하계 담수의 대량유입에 의해 빈번하게 발생한다. 따라서 연안해역의 수질오염 현상을 정확히 예측하기 위해서는 담수가 해수유동에 의해 이송-확산되어 해역수질 및 생태계에 미치는 영향범위에 대한 예측 및 분석기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 GUI(Graphic User Interface)를 이용하여 연안해역 해수유동과 담수 확산을 쉽게 예측하고, 그 결과를 효과적으로 검토할 수 있는 소프트웨어를 개발하였다. 3차원 유한요소모형을 사용하여 조석에 의한 해수유동을 계산하였고, 담수 확산 계산에는 통계학적인 개념을 이용하여 담수 입자의 운동을 묘사하는 2차원 Random-Walk 모형을 사용하였다. 개발된 시스템을 이용하여 목포해역의 2차원 조류 분포와 담수 확산을 모의하였다. 사용한 입자추적모형의 검증을 위해 다른 이송확산 수치해석 방법에 의한 결과 및 1, 2차원 해석해와 비교하였다. 본 연구에서 개발한 예측시스템은 GUI 환경에서 작동되므로 누구나 쉽게 자료의 입력 및 수정이 가능하며, 계산된 모형결과를 그래픽을 이용해 효과적으로 가시화 하여 계산결과를 누구나 쉽고 정확하게 볼 수 있다. 따라서 본 시스템을 이용하여 연안해역으로 유입되는 담수의 확산 범위를 수시로 예측하여 신속하게 대책을 수립한다면, 오염된 담수유입으로 인한 인근해역의 환경피해를 줄일 수 있을 것이다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.93-100
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• 2021

고정된 격자시스템에서 임의형상의 불투과 경계를 갖는 물체와 유체와 연성해석이 가능한 IB(Immersed Boundary)법이 개발 된 이후로 다양한 CFD 모델에서 IB법의 활용이 증가하고 있다. 기존의 IB법의 대부분은 구조물의 경계면에서 산정되는 유체력으로부터 수치적으로 경계조건을 만족시키는 directing-forcing법이나 구조물 내부에 가상셀을 위치시켜 보간을 통해 경계조건을 만족시키는 ghost-cell법들로 알고리즘이 복잡하다. 본 연구에서는 고정된 격자시스템에서 가동물체형 구조물 해석이 가능함과 더불어 3차원으로의 확장도 용이한 SIB(Simplified Immersed Boundary)법을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 SIB법은 각 상(phase)의 밀도함수가 국소질량의 중심과 함께 이동하는 것으로 가정한 단일유체모델(one-field model for immiscible two-phase fluid)을 기초로 하였다. 또한 이동하는 고체상태의 구조물을 취급하기 위해 고체의 밀도함수를 이용한 체적가중평균법을 적용하고, 수치확산을 방지하기 위해 이류계산에는 CIP법을 적용하였다. 제안된 SIB법의 해석성능을 검토하기 위해 자유수면으로 낙하하는 물체에 대한 수치모의를 수행하였다. 수치해석결과는 자유수면으로 낙하하는 물체를 양호하게 재현하였다.

• 자원환경지질
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• 제54권4호
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• pp.465-473
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• 2021

본 연구에서는 수치모델링을 통해 단열의 교차각과 같은 기하학적 특징이 교차점에서의 유동특성과 용질의 혼합·분배에 미치는 영향을 연구하였다. Pe(Peclect number; 이류와 확산의 상대적인 비)뿐만이 아니라 단열의 교차각이 교차점에서의 용질의 혼합·분배모델을 결정하는데 있어 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 교차각이 90°미만인 경우, 주입된 유동방향과 동일한 방향의 유출구로 진행하기 때문에 교차점에서 양쪽 주입구에서 온 유선들의 접촉을 용이하게 한다. 반면, 교차각이 90°보다 큰 경우 유체가 주입된 유동방향과 유출구의 방향이 반대이기 때문에, 교차점에 두 주입구에서 온 유선들 간의 접촉은 최소화 되었다. 그러므로 전자의 경우에서는 높은 Pe에서도 용질의 혼합이, 후자에서는 낮은 Pe에서도 유선경로에 따른 용질의 이동이 나타났다. 따라서 Pe < 1의 경우, 완전혼합모델이 지배적인 것으로 알려졌지만, 교차각이 150°인 경우 교차점에서 혼합뿐만이 아니라 일부는 유선의 경로를 따라 유출구로 유출되었다. 전반적으로 Pe가 0.1 - 100에서 완전혼합모델에서 유선경로모델로의 전이가 나타났지만, 이는 교차각에 따라 크게 달라진다. 교차각이 클수록(≧ 150°) Pe가 0.1 - 10에서, 교차각이 작을수록(≦ 30°) Pe가 10 - 100에서 전이가 발생하였다. Pe > 100에서는 교차각과 상관없이 유선경로모델이 더 지배적인 것으로 나타났다. Pe > 1,000에서는 교차각이 150°이상인 경우에만 100% 유선경로모델이 나타나며, 교차각이 150°미만인 경우 유선경로모델이 지배적이지만 여전히 교차점에서 용질의 혼합이 발생하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6B호
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• pp.731-741
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• 2008

기존의 한강 감조구간 수치모의에 대한 연구는 단면자료 획득의 어려움이나 유도의 조위자료가 없으므로 하류 경계단을 전류지점으로 하여 모의한 논문이 대부분이나 본 연구에서는 수치해도를 바탕으로 곡릉천 합류부 이후와 임진강 하구부의 단면을 가정하고 인천검조소의 조위자료를 유도지점으로 전이시켜 서해안 조위에 의한 한강하류부에서의 수리학적 거동을 해석하였다. 모형의 적용구간은 신곡수중보로부터 한강의 법적 하류단인 김포시 유도까지 총 36.8 km에 이르는 구간으로 흐름 및 혼합거동 해석은 RMA-2 모형과 서일원(2008)이 개발한 2차원 이송-분산 해석모형인 RAM4를 이용하였다. 전류지점에서의 수위 및 종횡방향 유속 실측자료와 수치모의 결과를 비교하여 흐름해석 결과를 검증하였다. 수위 관측소의 자료가 양호하고 인천검조소에서 높은 조차가 발생하는 2006년 6월 23일~25일 동안 모의한 결과 유도지점의 조위에 따라 총 5회의 역방향 흐름이 관찰되었고 최대 역류 길이는 장항 IC까지 총 32.9 km에 이르렀다. 최대 역방향 흐름의 발생 및 소멸 과정, 최고 유속선을 따른 수위 및 유속을 분석하였으며 이에 따른 비보존성 오염물질의 혼합거동을 해석하였다. 굴포천으로부터 유입된 오염물질은 하폭방향 퍼짐이 두드러지게 일어났지만 곡릉천에서 유입된 BOD는 곡릉천 합류부를 전후하여 중앙 및 좌안측 수심이 급격히 깊어지고 최대유속선이 곡릉천 방향인 우안에서 발생하고 있으므로 횡방향 혼합이 빠르게 완료되어 오염운의 반경이 상대적으로 좁은 것을 확인할 수 있었다. 또한 1차원 이송-분산방정식의 해석해를 적용해 유도지점의 염도 값을 인천검조소로부터 추산하여 한강 하류부에서의 수평 2차원 염수 혼합거동을 해석하였다.

• 자원환경지질
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• 제56권2호
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• pp.167-183
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• 2023

사용 후 핵연료(SNF: spent nuclear fuel) 지하 처분장에서 발생된 가스는 처분장 내에서 자체로 이동성이 클 뿐 아니라, 처분장 내 방사성핵종 거동에도 영향을 줄 수 있다. 지하 처분장 방벽 내에서 가스-핵종 발생 및 거동 기작에 대한 연구와 가스 거동이 처분장의 안전성에 미치는 영향에 대한 연구가 처분장 건설 이전에 충분히 수행되어져야 함에도 불구하고, 처분장 다중 방벽내 가스-핵종 거동에 대한 연구는 국내는 물론 국외에서 조차 매우 초보적인 단계이다. 본 연구에서는 지하 SNF 처분장 내 가스 발생과 거동 특성과 관련된 국내외 선행연구 결과들을 고찰하여, 가스 발생/거동 기작을 처분장의 수리지질학적 진화과정에 따라 분류하여 설명하였다. 처분장 내 가스 발생을 크게 SNF의 핵분열에 의한 방사성 가스 생성, SNF 저장 용기의 부식에 의한 가스 발생, 지하수의 산화-환원 반응에 의한 가스 생성, 미생물 활동과 천연 방벽 내 지화학적 반응에 의한 가스 생성 등 총 5가지 유형으로 구분하여 정리하였다. 처분장 다중 방벽 내 가스 거동과 관련된 선행연구 자료들을 정리하여, 방벽 내 가스 거동 시나리오를 다공성 매체에서 일어나는 거동 형태에 따라, 총 4가지 형태(① visco-capillary 흐름을 포함하는 공극 내 자유상 가스 이동, ② 공극 수 내 용존상 기체로서 이류 및 확산 이동, ③ 체적팽창에 의한 거동(dilatant pathway), ④ 가압파쇄에 의한 인장 절리 흐름 등)로 구분하여 제시하였다. 본 연구를 통해 고찰한 SNF 처분장의 다중 방벽 시스템 내 가스 발생 기작과 거동 특성자료들은, 향 후 지하 SNF 처분장 내 가스-핵종 거동관련 다양한 실험 및 모델링 연구를 계획하고, 국내 건설할 처분장의 안전성을 가스 거동관점에서 평가하는데 유용하게 사용될 것으로 기대한다.