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.
This study aims at examining the design factors of the air diffuser system in a particular view of field conditions, and thus improving the procedures currently applied to design the system. First, the CFD model is built for an air diffuser system suitable for field conditions of real reservoirs. Then, the design factors, including destratification number, destratification radius and efficiency of the air diffuser system, are analyzed after a series of simulations over various field conditions. The result shows successful correlations of design factors with DN at the condition, and they lead to estimate of the destratification radius and efficiency of air diffuser system based on DN. It is finally concluded that the design factors are improved such that the air diffuser system is suitable for the field conditions of dam reservoirs.
The use of air diffuser system to ameliorate the reservoir by breaking stratification is now widespread. This study focuses on the hydrodynamic behavior of bubble plumes, which is the major mechanism of destratification and their combined effect of adjacent plumes on destratification efficiency. By introducing 2-phase Computational Fluid Dynamics(CFD) technique, we could suggest the optimal diffuser spacing having optimal destratification efficiency by simply analyzing the complex destratification procedures varying with the seasonal stratification intensity and bubble flow rate. Lab experiments were also carried out to verify CFD model in thermally stratified fresh water which quite differs from former researches using salts. This study showed that the mixing efficiency strongly depends on the spacing of neighboring plumes. When diffuser spacing is lower than 1.5 times the depth, the combined effect is stronger; as Plume Number(PN) is increased, the efficiency is strongly affected by spacing. If the distance is shorter than the depth of water, the efficiency increases linearly in proportion to PN. Otherwise, the efficiency increases non-linearly. These findings suggest that the combined effect should be more quantitatively taken into consideration for design and operation of air-diffuser destratification system, and recommend that the optimal destratification efficiency will be when plume number is 1000 and the spacing between neighboring diffusers is 1.5 times the depth.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.15
no.3
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pp.97-109
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2010
This study analyzed stratification and destratification processes in the Kangjin Bay (KB), South Sea, Korea, driven by the Nam Gang Dam water discharge based on numerical modeling experiments. Model performances were evaluated in terms of skill scores for elevation, velocity, temperature and salinity, with scores mostly exceeding 90%. The models reproduced the tidal current, density-driven and wind-driven current. The stratification by fresh water input and destratification by the wind mixing was assessed in terms of the characteristic Richardson number (Ri) in that Ri increased from 0 to 7~20 during the Dam water discharge period, while vertical mixing and destratification followed by the typhoon passage showed Ri, 0 to 2.
Seo, Dongil;Song, Museok;Hwang, Hyundong;Lee, Eun-hyoung
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.18
no.4
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pp.445-452
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2004
Intermittent deep draw artificial circulation system is one of the most widely used destratification systems to control algal bloom in reservoirs in Korea. However, there have been neither theoretical background of design criteria nor operation guide line for efficient application of the system available for such systems. A design method was developed to calculate required compressor capacity and number of circulation units considering physical interactions between stratified water layers and plumes induced by the intermittent deep draw artificial circulation system. The program was tested with data observed in Yeoncho Lake. The results indicated that the developed method can applied in the fields successfully. Further validation processes would improve design and operation methods.
The Quantitative estimations of the stratification - destratification(SD) phenomena in Deukryang Bay, Korea have been carried out based on the data of wind speed, heat flux through the sea surface and tidal current amplitude. To find out the main factors causing SD, wv introduce the rate of energy balance of the surface heat flux, tidal and wind stirring proposed by Simpson and Hunter(1974). The calculated potential energy of three terms are compared, from which the energy of wind stirring effect was one order smaller than the heat flux and the tidal stirring. Using the results, we complement time integration of the potential energy with the several s values of 0.010~0.014 at interval 0.001 and with wind speeds of 1.5 and 2.0 times larger than observation values at land. It shows that the variation of SD phenomena in the bay mainly depended on tidal stirring and sea surface heating in summer if there is no exceptionally strong wind event like Typhoon. The stratification become to be foamed from about 5 July although the stratification a little decreases during the second spring tidal period of middle of July.
In Korea while the dam or reservoir is an important water resource, the value of this water resource is deteriorating by thermal-induced stratification. To ameliorate the water quality of reservoir by breaking stratification the use of air diffuser system is now widespread in Korea. According to the previous research, dynamics of bubble plume and destratification efficiency depended upon two dimensionless groupings; Mh and Pn suggested by Asaeda et al (1993). However, these two variables only include Q, N, H, g, u. and installed Boryeong reservior in appropriate width of water aeration, air dose and number of installations after calculating by applying these figures. This paper is performed to find out effect analysis about water aeration improvement to break thermal stratification.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2011.05a
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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.
Phytoplankton community was studied in relation to a typhoon at Bok-gyo Bridge area in Juam Lake, Korea. In August 31, 2000, a typhoon (Prapiroon) was passed by Juam Lake with great power enough to destroy summer stratification of Juam Lake. Destratification resulted in temporal mixing of the whole water column and changed the physical and chemical properties of water bodies, and caused the changes of the biological properties. The transparency decreased from 195 cm before the typhoon to 84 cm after the typhoon with the resuspension of the bottom sediment. In the vertical distribution of the phytoplankton population, the maximum population was measured at depth of 2 m before the typhoon. However, immediately after the typhoon, the population distributed evenly throughout the entire water layers. The carbon biomass of the phytoplankton was also highest at the depth of 2 m before the typhoon, but immediately after the typhoon, it was uniformly distributed throughout the whole water layers. The vertical profiles of the concentrations of chlorophyll a, however, did not show a significant difference before and after the typhoon. The typhoon induced destratification and restratification altered the taxa of the phytoplankton. The major dominant phytoplankton taxa before the typhoon was diatoms including Aulacoseira granulata, but the green algae overwhelmed the diatoms in cell number and biomass after the typhoon. The chlorophycean dominance was replaced by cyanophycean dominance with the heavy rain and descent of water temperture at the end of September.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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