Hydraulic efficiency was a vital component in evaluating the disinfection capability of clearwell. Current practice evaluates these system based on the tracer test only. In this paper, CFD(Computational Fluid Dynamics) was applied on the clearwell for alternating or supplementing the tracer test. The baffle factor derived from the CFD modeling closely matched the values obtained from full scale tracer testing. And, for suggesting proper numerical model in clearwell; the turbulence model, discretization scheme, convergence criteria were investigated through separate simulation runs. The model validation was conducted by comparing the simulated data with experimental data. In the turbulence model, the realizable ${\kappa}-{\varepsilon}$ model and the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model were found to be more appropriate than RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ model. The residuals of convergence criteria should be used as not $10^{-3}$ but $10^{-4}$ or $10^{-5}$. In discretization scheme, the difference of simulated values in 1st, 2nd, 3rd upwind scheme was found to be insignificant. Moreover, the result of this study suggest that CFD modeling can be a reliable alternative to tracer testing for evaluating the hydraulic efficiency.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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제10권E호
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pp.357-370
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1994
지역 규모 대기 모형과 결합된 오일러 장거리수송 모형이 제시되었다. 이 모형을 Cross-Appalachian Tracer Experiment (CAPITX)의 2개 사례에 나타난 추적물 농도 분포 모사에 적용하였다. 기상장은 CSU RAMS에 4차원 자료 동화 기법을 도입하여 도출하였고, 추적물 수송은 오일러 확산 모형으로 계산된다. 4차원 자료 동화 기법을 포함한 대기 모형은 관측과 잘 일치하는 기상장을 도출하였으며, 장거리 수송 예측에 이용될 다양한 기상 자료의 도출을 위한 매우 적절한 도구가 될 수 있음을 보였다. 이 연구에서 개발된 수송 모형은 관측 농도 분포가 복잡한 구조를 보인 사례에 대해서는 부분적인 성공을 거두었으나, 대체로 관측된 추적물 수송을 유사하게 모사하였다. Bott's 2nd-order scheme을 사용한 결과는 Bott's 4th-order scheme을 사용하고 명시적인 수평 확산을 증가시킨 경우와 유사한 수행 능력을 보였다. 이 대기 모형과 수송 모형은 상세한 구름 및 화학 과정들을 고려한 산성 침적 모형의 훌륭한 기본 틀이 될 수 있을 것으로 생각된다.
The objective of this study was to evaluate the radius of influence of effluent of water treatment system developed for the purpose of improvement of reservoir water quality using fluorescent dye (Rhodamine-WT) tracer experiment and 3-D numerical model. The tracer experiment was carried out in a medium-sized agricultural reservoir with a storage capacity of $227,000m^3$ and an average depth of 1.6 m. A guideline with a total length of 160 m was installed at intervals of 10 m in the horizontal direction from the discharge part, and a Rhodamine measurement sensor (YSI 6130, measurement range $0-200{\mu}g/L$) was used to measure concentration changes in time, distance, and depth. Experimental design was established in advance through Jet theory and the diffusion process was simulated using ELCOM, a three dimensional hydraulic dynamics model. As a result of the study, the direct effect radius of the jet emitted from the applied water treatment system was about 50-70 m, and the radius of physical effect by the advection diffusion was judged to be 100-120 m. The numerical simulations of effluent advection-diffusion of the water treatment system using ELCOM showed very similar results to those of the impact radius analysis using the tracer experiment and jet flow empirical equations. The results provide valuable information on the spatial extent of the water quality improvement devices installed in the reservoir and the facility layout design.
대기중으로 방출된 방사성물질의 농도분포를 예측하기 위하여 3차원 바람장 및 확산모델을 개발하였다. 대기 확산모델의 검증을 위하여 복잡한 지형에 위치한 고리 원전 주변에서 야외 확산실험을 수행하였다. 확산모델의 계산 값에 가장 중요한 영향을 주는 것은 바람장의 분포이다. 따라서 관측된 바람자료를 이용하여 여러 경우에 대한 수치실험을 수행하여 계산 값이 관측 농도 값에 좀더 유사하게 접근하는 가를 살펴보았다. 비교결과 바람장 모델내 많은 관측 바람장을 이용한 경우에 관측 농도 값에 가장 근접함을 알 수 있었다.
Multi-dimensional hydrodynamic and water quality models are widely used to simulate the physical and biogeochemical processes in the surface water systems such as reservoirs and estuaries. Most of the models have adopted the Eulerian grid modeling framework, mainly because it can reasonably simulate physical dynamics and chemical species concentrations throughout the entire model domain. Determining the optimum grid cell size is important when using the Eulerian grid-based three-dimensional water quality models because the characteristics of species are assumed uniform in each of the grid cells and chemical species are represented by concentration (mass per volume). The objective of this study was to examine the effect of grid-size of a three dimensional hydrodynamic and water quality model (EFDC) on hydrodynamics and mass transport in the Saemangeum Reservoir. Three grid resolutions, respectively representing coarse (CG), medium (MG), and fine (FG) grid cell sizes, were used for a sensitivity analysis. The simulation results of numerical tracer showed that the grid resolution affects on the flow path, mass transport, and mixing zone of upstream inflow, and results in a bias of temporal and spatial distribution of the tracer. With the CG, in particular, the model overestimates diffusion in the mixing zone, and fails to identify the gradient of concentrations between the inflow and the ambient water.
Experimental examinations for evaluating fracutres were conducted by using transparent replicas of a single fracture in order to obtain the fracture data to contribute to the methodlogy on how to improve the definitaion of representative parameter values used for a parallel plate fracture model. Quantitative aperture distribution and quantitative tracer concentration data at each point in time were obtained by measuring the attenuation of transmitted light through the fracture in high spatial resolution. the representative aperture values evaluated from the multiple different measurement methods, such as arithmetic mean of aperture distribution measured by the optical method, transport aperture evaluated from the tracer test, and average aperture evaluated from the fracture void volume measurement converged to a unique value that indicates the accuracy of this experimental study. The aperture data was employed for verifying the numerical simulation under the assuption of Local Cubic Law and showed that the calculated flow rate through the fracture is 10%-100% larger than hydraulic test results. The quantitative tracer concentration data is also very valuable for validating existing numerical code for advection dispersion transport in-plane heterogeneous fractures.
For the purpose of ground improvement by means of soil flushing systems. Incorporated technique with prefabricated vertical drains have been used for dewatering from fine-grained soils. The laboratory model tests were performed by using the flushing tracer solutions for silty soils and recorded the tracer concentration changes with the elapsed time and flow rates. A mathematical model for prediction of contaminant transport using the PVD technology has been developed. The clean-up times for the predictions on both soil condition indicate more of a sensitivity to the dispersivity parameter than to the extracted flow rate and vertical velocity parameters. Based on the results of the analyses, numerical analysis indicate that the most important factor to the in-situ soil remediation in prefabricated vertical drain system is the effective diameter of contaminated soil.
Lagrangian particle dispersion model(LPDM) is an effective tool to calculate the dispersion from a point source since it dose not induce numerical diffusion errors in solving the pollutant dispersion equation. Fictitious particles are released to the atmosphere from the emission source and they are then transported by the mean velocity and diffused by the turbulent eddy motion in the LPDM. The concentration distribution from the dispersed particles in the calculation domain are finally estimated by applying a particle count method or a Gaussian kernel method. The two methods for calculating concentration profiles were compared each other and tested against the analytic solution and the tracer experiment to find the strength and weakness of each method and to choose computationally time saving method for the LPDM. The calculated concentrations from the particle count method was heavily dependent on the number of the particles released at the emission source. It requires lots fo particle emission to reach the converged concentration field. And resulting concentrations were also dependent on the size of numerical grid. The concentration field by the Gaussian kernel method, however, converged with a low particle emission rate at the source and was in good agreement with the analytic solution and the tracer experiment. The results showed that Gaussian kernel method was more effective method to calculate the concentrations in the LPDM.
Microcystin-LR, one of algal toxins induced by the eutrophication of a reservoir, is known to be harmful to human by adversely affecting our liver and brain. Hypochlorous acid is very efficient to remove Microcystin-LR in a clear well. The previous researches showed that CT, pH and temperature affected removal rate in batch tests. It was noted that hydrodynamic properties of clear well could also influence its removal rate. A mathematical model was built using an axial dispersion reactor model and software was used to simulate the removal rate. The model consisted of the second order differential equations including dispersion, convection, Microcystin-LR reaction with chlorine. Kinetic constants were obtained through batch tests with chlorine. They were $0.430{\times}10^{-3}L/mg/sec$ and $0.143{\times}10^{-3}L/mg/sec$ for pH 7.0 and 8.1, respectively. The axial dispersion reactor model was shown to be useful for the numerical model through conservative tracer tests. The numerical model successfully estimated the removal rate of Microcyctin-LR in a clear well. Numerical simulations showed that a small dispersion number, low pH and long hydraulic retention time were critical for higher removal rate with same chlorine dosage. This model could be used to optimize the operation of a clear well during an eutrophication season.
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