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코안다 효과를 이용한 에어 블로어와 흡입구의 유동 제어
Flow control of air blowing and vacuuming module using Coanda effect 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.3, 2017년, pp.115 - 121  

정우태 (한국철도기술연구원 교통환경연구팀)

초록
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도시철도 터널 내에 축적된 미세먼지(PM10 and PM2.5)의 제거를 위해 사용되는 분진흡입차량은 에어 블로어와 흡입시스템으로 구성된 하부흡입시스템의 설계방법에 따라 성능이 달라진다. 본 논문에서는 터널 집진차량의 하부에 설치된 먼지 흡입시스템의 효율 향상을 위하여 흡입구와 에어 블로어에 코안다 효과를 이용한 유속 조절장치를 적용하여 그 효과를 확인하였다. 특히, 공기 유동에 대한 수치해석을 통하여 진공 흡입구 내에 코안다 효과를 이용한 유속조절장치를 적용하였으며, 유속 조절각이 약 90도 내외일 때 유속의 상승과 더불어 유동의 안정화가 동시에 이루어질 수 있음을 확인하였다. 또한 링 블로어에 의해 동작되는 에어 나이프형 공기 블로어는 양쪽 끝 가장자리에 코안다 효과를 유도할 수 있는 엣지 구조를 삽입함으로써 블로어 양 끝단의 유속 저하를 개선할 수 있음을 확인하였다. 이러한 4개의 통합된 모듈 형식의 흡입 시스템의 설계는 최적화를 통하여 바닥 먼지가 비산됨과 동시에 흡입구로 흡입되어 궤도면에 누적된 미세먼지와 초미세먼지의 제거에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The efficiency of railway track cleaning vehicle for eliminating fine particulate matter (PM10 and PM2.5) in a subway tunnel depends strongly on the structure of the air blowing and suction system installed under the train. To increase the efficiency of underbody suction system, this paper proposes ...

주제어

#Coanda effect   #Computational Fluid Dynamics   #Dust cleaning   #Particulate matter   #Suction system  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 최근 사회적 이슈가 되고 있는 도시철도 터널의 미세먼지와 초미세먼지를 포집할 수 있는 분진흡입차량 개발에 있어서 하부에 설치된 에어 나이프형 블로어와 흡입구의 유동 및 유속을 조절하여 흡입시스템의 흡입효율을 높일 수 있음을 코안다 효과에 기인한 조절장치와 수치해석 결과를 통해서 보여주었다. 해석 결과를 바탕으로 한 주요 결론은 다음과 같다.

가설 설정

  • 7과 같은 형식의 에어 나이프는 길이가 800mm이상일 경우에는 유입구가 2개소 이상으로 되어야 설계된 3CMM(m3/min)의 유량을 처리할 수 있다. 본 연구의 에어 블로어의 경우는 최대 600mm의 길이를 가지므로 1개의 유입구로도 충분한 유량(링 블로어 기준 최대 약 3CMM) 처리가 가능하기 때문에 유입구의 개수를 하나로 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
터널청소차량을 이용한 먼지 청소방법은 어떻게 분류 되는가? 터널청소차량을 이용한 먼지 청소방법은 크게 고압살수차에 의한 습식방식과 분진흡입차를 이용한 진공 흡입식의 건식방식이 대표적으로 사용된다. 고압살수차에 의한 세척은 공기 중에 부유하는 먼지가 살수차에 의해 분사된 물방울에 세척되어 침하시키는 방식으로 사용되나 자갈도상이나 콘크리트 궤도의 바닥에 침하된 먼지가 수거되지 못하고 건조되면 지하철 운행 시에 터널내 공기 중으로 재비산을 일으킬 수 있다는 단점을 가진다.
도시철도 운영 기관에서 미세먼지를 제거와 터널 내 공기질 개선이 중요한 이유는? 지하철 및 도시철도 터널과 같은 폐쇄된 지하 공간에 축적된 미세먼지와 초미세먼지는 환기장치를 부분적으로 적용하더라도 외기와 분리되어 있어 지하철도를 이용하는 사용자와 터널 유지보수를 위한 근로자의 건강에 심각한 영향을 미칠 수 있다[1-3]. 특히 지하역사 승강장과 터널을 분리하는 스크린도어의 증가는 터널 내에서 열차운행으로 발생하는 미세먼지가 승강장 및 플랫폼으로 유입되는 현상을 차단할 수 있으나, 터널 내부의 청소 및 유지보수를 수행하는 작업자의 유해 먼지 노출을 증대시킬 수 있다. 또한, 터널 내에 축적된 먼지는 열차운행 시에, 환기구를 통해 객차 내로 유입되어 승객의 건강을 위협하는 요소가 되기도 한다. 따라서 도시철도 운영 기관에서는 이러한 미세먼지를 제거하고 터널 내 공기질 개선을 위해 분진흡입차량 등의 특수한 터널청소차량을 이용하여 청소작업을 실시하고 있다.
코안다 효과란? 코안다 효과(Coanda Effect)는 곡면에 접선방향으로 분사된 제트유동이 물체의 곡면을 따라 표면에 밀착되어 흐르는 현상을 말한다. 즉 고속 제트 유동이 표면을 따라 밀착되어 흐르면서 주위 유동을 가속시키게 되며, 날개 형상에 적용할 경우에는 양력을 발생시킬 수 있게 된다[9-11].
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참고문헌 (11)

  1. L. M. Brosseau, et al., "Dust cleaning: a review of associated health effects and results of company and expert surveys", ASHRAE Trans., vol. 106, pp. 180-187, 2000. 

  2. M. Kim, et al., "Evaluation of passenger health risk assessment of sustainable indoor air quality monitoring in metro systems based on a non-Gaussian dynamic sensor validation method", Journal of Hazardous Materials, vol. 278, pp. 124-133, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.05.098 

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  3. S.-B. Kwon, et al., "Study on the indoor air quality of Seoul metropolitan subway during the rush hour", Indoor and Built Environment, vol. 17, pp. 361-369, 2008. DOI: https://doi.org/10.1177/1420326X08094683 

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  4. C. M. Ma, et al., "Chemical Properties and Source Profiles of Particulate Matter Collected on an Underground Subway Platform", Asian Journal of Atmospheric Environment, vol. 9, no. 2, pp. 165-172, June, 2015. DOI: https://doi.org/10.5572/ajae.2015.9.2.165 

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  5. Y. H. Cheng and Y. L. Lin, "Measurement of Particle Mass Concentrations and Size Distributions in an Underground Station", Aerosol and Air Quality Research, vol. 10, pp. 22-29, 2010. DOI: https://doi.org/10.4209/aaqr.2009.05.0037 

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  6. D. Park, et al., "Identification of the source of PM10 in a subway tunnel using positive matrix factorization", Journal of the Air & Waste Management Association, vol. 64, no. 12, pp. 1361-1368, 2014. DOI: https://doi.org/10.1080/10962247.2014.950766 

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  7. W. C. Hinds, "Aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles", A Wiley Interscience Publication, 2012. 

  8. W. Jeong, et al., "Dust collection system optimization with air blowing and dust suction module", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, vol. 17, no. 1, pp. 290-297, 2016. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2016.17.1.290 

  9. H. Coanda, "Device for Deflecting a Stream of Elastic Fluid Projected into an Elastic Fluid", US Patent Office, US Patent # 2,052,869. 1936. 

  10. I. Reba, "Applications of the Coanda effect", Scientific American. vol. 214, no. 6, pp. 84-921, 1996. DOI: https://doi.org/10.1038/scientificamerican0666-84 

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  11. M. Kadosch, "The curved wall effect", 2nd Cranfield Fluidics Conference, Cambridge, 1967. 

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