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전산유체역학을 이용한 흄후드 제어유속 개선(I) - 균일류
Improvement of Capturing Velocity in the Fume Hood using Computational Fluid Dynamics(I) - Uniform flow 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.2, 2013년, pp.962 - 969  

정종현 (대구한의대학교 보건학부) ,  이상운 (청수이앤씨(주)) ,  이상만 (차의과학대학교 부속 구미차병원) ,  손병현 (한서대학교 환경공학과) ,  이정희 (대구한의대학교 보건학부) ,  정유진 (씨이테크(주) 연구개발센터)

초록
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본 연구에서는 전산유체역학(CFD)를 이용하여 흄후드(fume hood)의 기류 유입특성 및 유속 분포를 평가하였다. 또한, 후드 개구면을 균일류 형성에 필요한 구조로 개선하였을 경우의 유동 특성을 예측하여 개선 효과를 검증하였다. 기존의 흄후드의 제어유속을 평가한 결과, 제곱평균(RMS)값과 비교했을 때 최대 23~30%의 편차가 있음을 확인하였다. 또한, 후드의 상부 유속이 하부 유속보다 58~68% 정도 빠른 것으로 나타나 후드 개구면에서의 유속 불균형이 매우 심한 것으로 평가되었다. 이에 후드 개구면에서의 균일한 배기흐름을 유지하기 위해 후드를 개선(안쪽벽에 배플 설치 및 슬롯 타입의 개구부 설계)한 결과, RMS값 대비 최대 7%의 편차를 보였으며 구간별 유속 편차는 최대 12% 정도로 예측되어 기존 구조에 비해 제어유속의 불균형이 많이 해소되는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study used Computational Fluid Dynamics(CFD) to assess the properties of the air current inflow and the flow velocity distribution in the fume hood. In order to verify the effect of improvement, it was also predicted the characteristics of the flow pattern in case the hood face is structurally ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 전체환기는 작업장의 온열 환경이나 공기질을 개선하여 쾌적한 작업환경을 구현하는 것이 목적이고 국소배기는 유해물질로부터 작업자의 건강 장해를 방지하는데 원천적인 제어 수단으로서 그 목적이 있다. 따라서 국소 배기는 유해물질 발생원에 최대한 근접시켜 유해물질이 확산되기 전에 포집하여 제거함을 목적으로 한다[1].
  • 본 연구에서는 유해물질을 취급하고 있는 실험실용 흄후드에 대해 현장 실측을 통해 문제점을 도출하고, 수치 해석기법을 이용하여 기류 유입 특성 및 유속 분포를 예측하고 실측치와 비교하여 수치해석기법의 성능을 검증하였다. 또한 검증된 성능을 바탕으로 후드 개구면에서의 균일류(uniform flow) 형성에 필요한 구조로 개선하였을 경우의 유동 특성을 예측하여 개선 효과를 검증하고자 한다.
  • 산업환기(industrial ventilation)는 산업 현장의 각종 생산 공정에서 발생되는 유기용제, 특정 화학물질, 중금속, 분진 등에 작업자가 노출되지 않도록 하기 위한 공학적인 제어 수단이라 할 수 있으며, 전체환기(generalventilation)와 국소배기(local exhaust) 분야로 구분할 수있다. 전체환기는 작업장의 온열 환경이나 공기질을 개선하여 쾌적한 작업환경을 구현하는 것이 목적이고 국소배기는 유해물질로부터 작업자의 건강 장해를 방지하는데 원천적인 제어 수단으로서 그 목적이 있다. 따라서 국소 배기는 유해물질 발생원에 최대한 근접시켜 유해물질이 확산되기 전에 포집하여 제거함을 목적으로 한다[1].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산업환기는 어떻게 구분하는가? 산업환기(industrial ventilation)는 산업 현장의 각종 생산 공정에서 발생되는 유기용제, 특정 화학물질, 중금속, 분진 등에 작업자가 노출되지 않도록 하기 위한 공학적인 제어 수단이라 할 수 있으며, 전체환기(generalventilation)와 국소배기(local exhaust) 분야로 구분할 수있다. 전체환기는 작업장의 온열 환경이나 공기질을 개선 하여 쾌적한 작업환경을 구현하는 것이 목적이고 국소배기는 유해물질로부터 작업자의 건강 장해를 방지하는데 원천적인 제어 수단으로서 그 목적이 있다.
최적의 흄후드 형상 설계를 위해 어떤 방법을 쓰는것이 좋은가? 이러한 기류 특성을 고려한 최적의 후드 형상 설계에 대한 실험적 고찰은 다수 있으나, 실험은 다양한 의존 변수를 다루는데 있어서 시간 및 비용적인 측면에서의 어려움과 측정장비의 정확성 등의 문제로 연구 활용도와 범위가 매우 정적이라 할 수 있다. 이에 유동 분포를 예측할 수 있는 수치해석기법(CFD : Computational Fluid Dynamics)은 이러한 실험적 한계성을 해결하여 기류 특성을 이해하는데 매우 경제적이고도 효과적인 방법을 제공할 수 있다[3-9].
산업환기는 무엇인가? 산업환기(industrial ventilation)는 산업 현장의 각종 생산 공정에서 발생되는 유기용제, 특정 화학물질, 중금속, 분진 등에 작업자가 노출되지 않도록 하기 위한 공학적인 제어 수단이라 할 수 있으며, 전체환기(generalventilation)와 국소배기(local exhaust) 분야로 구분할 수있다. 전체환기는 작업장의 온열 환경이나 공기질을 개선 하여 쾌적한 작업환경을 구현하는 것이 목적이고 국소배기는 유해물질로부터 작업자의 건강 장해를 방지하는데 원천적인 제어 수단으로서 그 목적이 있다.
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참고문헌 (11)

  1. American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH), Industrial Ventilation Manual of Recommended Practice, 24th Edition, 2001. 

  2. Kumala, I., Advanced Design of Local Ventilation Systems, Finland, VTT Publications, 1997. 

  3. Robinson, M et al., Recommendations for the Design of Push-pull Ventilation Systems for Open Surface Tanks, Ann. occup. Hyg., 40:693-704, 1996. DOI: http://dx.doi.org/10.1093/annhyg/40.6.693 

  4. Riffat, S. B et al., CFD Prediction of k-factors of Duct Elbows, International Journal of Energy Research, 21:675-681, 1997. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/(SICI)1099-114X(19970610) 21:7 3.0.CO;2-Z 

  5. Varley, J. O., The Effect of Turbulent Structures on Hood Design - A Review of CFD and Flow Visualization Studies, HVAC & R RESEARCH, vol. 3., 1997. 

  6. Patankar, S. V., Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Hemisphere Publishing Corp, 1980 

  7. J.M. Berkoe, D.M.M.Lane, and B.M.Rosendall, Computerized fluid Dynamic(CFD) modeling, an important new engineering tool for design of smelting furnaces, 4th International Conference COPPER 99-COBRE 99, vol. 4, pp.53-66, 1999. 

  8. Kumala, I., The Effect of Contaminant Source Location on Worker Exposure in the Near-wake Region, Finland, VTT Publications, 1995. 

  9. Flynn and Ljungqvist, A Review of Qake Effects on Worker Exposure, Ann. occup. Hyg. 39:211-221, 1995. DOI: http://dx.doi.org/10.1093/annhyg/39.2.211 

  10. Hyun-Guk Myung, Computational Fluid Dynamics for Engineering, Han Mi publishing company, pp. 124-138, 1997. 

  11. Patankar SV, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Hemisphere Publishing Corp., 1980. 

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