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문제 정의
- 본 연구에서는 수직 배블이 설치되어 접촉조와 부상 조가 분리된 DAF 반응조에서의 반송비와 가압압력을 조절하여 접촉조 효율을 분석하고, 이에 대하여 전산 유체기법을 이용한 시뮬레이션을 통해 DAF 반응조의 효율 평가모델을 구축하고 검토하였다. 그 결과는 다음과 같다.
- 레이저도플러유속계 등과 같은 측정장비의 발달과 함꺼、CFD를 이용한 연구는 지속적으로 증가추세에 있다. 본 연구에서는 전산유체해석기법을 DAF에 적용하여 공정을 모사하고 접촉조를 중심으로 실험과 병행하여 분석함으로써 CFD 모델 적용의 합리성을 검증하고 공정효율 예측에 활용하고자 한다.
가설 설정
- CFD 모델의 기본 조건으로서, 액체의 경우에는 밀도가 998kg/m, 인 순수한 물로 기체의 경우에는 산소로 가정하였다. 난류 모델은 표준 k-£ 모델을 사용하였다.
- 본 연구에서는 유입된 입자의 크기가 영역내 시간/길이 스케일에 비해 매우 작고 유입 부피 분율(Solid volume fraction)도 0.01 이하라고 가정하여 기체 (공기 기포)-액체 (물)간의 2상 모델 (Two-phase model)을구축하였다. 이에 대한 검토를 위해서, 적용된 DAF 시스템에서의 에너지 소산이 구름(Cloud)의 에너지 소산 정도와 같으며 입자의 크기가 수 um라고 가정한 경우, 입자의 시간 및 길이 스케일은 알려진 Kolmogorov 스케일에 대하여 1보다 작은 값으로 분석되었으며, 이 경우에 입자를 하나의 상(phag)으로 고려하지 않는 경우에도 흐름분석은 유효한 것으로 판단되었다.
- 다만, 공기의 경우에는 내부적 인 유동의 중요성 이 없으므로 0방 정식 난류모델을 적용하였다. 액체의 경우, 벽면의 속도 흐름은 없는 것으로 가정하였고, 열교환은 고려하지 않았다. 자유수면의 경우에는 기포만이 통과 가능한 유출조건으로 설정 하였으며, 항력조건에 있어 내부 흐름 상태를 천이영역에 속하는 것으로 가정하였다’ 또한, 공기의 용존량의 경우, 실험 조건을 고려하여 압력탱크에서 70%의 용존효율을 나타내는 것으로 가정하였다.
- 액체의 경우, 벽면의 속도 흐름은 없는 것으로 가정하였고, 열교환은 고려하지 않았다. 자유수면의 경우에는 기포만이 통과 가능한 유출조건으로 설정 하였으며, 항력조건에 있어 내부 흐름 상태를 천이영역에 속하는 것으로 가정하였다’ 또한, 공기의 용존량의 경우, 실험 조건을 고려하여 압력탱크에서 70%의 용존효율을 나타내는 것으로 가정하였다.
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