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수분회수 냉각탑에 적용되는 중공사막 모듈의 유동특성에 관한 수치해석적 연구
Numerical Study on Flow Characteristics of Hollow Fiber Membrane Module for Water Recovery Cooling Tower 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.41 no.8 = no.383, 2017년, pp.537 - 544  

박상철 (충남대학교 기계공학부) ,  박현설 (한국에너지기술연구원) ,  이형근 (한국에너지기술연구원) ,  신원규 (충남대학교 기계공학부)

초록
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본 연구의 목적은 수분회수 냉각탑에 설치된 엇갈림(staggered) 형태로 배치된 중공사막 모듈을 다공성 매질(porous medium)로 모델링 시 유동특성을 수치 해석적으로 검토하는 것이다. 1단으로 설치된 중공사막 모듈의 차압 데이터를 이용하여 다공성 매질의 모델링을 위한 압력-속도 2차 식을 도출하였다. 중공사막 모듈을 다공성 매질로 모델링한 경우 ("다공성 매질")와 중공사막 모듈의 형상을 그대로 고려한 경우 ("멤브레인 모듈")에 대해 유동 특성을 비교하였다. "다공성 매질"의 경우 "멤브레인 모듈"에 비해 유동에 의한 압력 변화는 0.6 % 미만의 적은 차이를 나타냈으나, 최대 유속은 약 2.5배, 평균 난류 운동에너지는 95배로 크게 나타났다. 이를 통해 다공성 매질로의 모델링은 압력강하는 잘 구현하나, 유속 및 난류 운동에너지는 잘 모사하지 못함을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study is to analyze the flow characteristics when a staggered hollow fiber membrane module is modeled as a porous medium. The pressure-velocity equation was used for modeling the porous medium, using pressure drop data. In terms of flow characteristics, we compared the case of th...

주제어

#냉각탑   #멤브레인 모듈   #다공성 매질   #전산 유체 역학   #백연  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이와 같이 본 연구에서는 기존에 잘 연구되지 않았던 수분 회수를 위해 사용되는 1 mm 직경의 중공사가 엇갈림(staggered) 방식으로 배치된 멤브레인 모듈의 유동특성을 해석하였다. 이렇게 해석한 데이터를 바탕으로 속도-압력관계식을 사용하여 멤브레인 모듈을 다공성 매질로 모사하였을 때 ("다공성 매질") 모듈내부의 유동특성과 형상적 특징을 그대로 모델링 하였을 때(“멤브레인 모듈”)의 차이점을 수치해석적으로 비교 분석하여 다공성 매질로 구현할 때의 장점 및 한계점에 대해 제시하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
응축기나 산업용 열교환기에서 제거되어야 할 것은 무엇인가? 대부분의 공기조화 및 발전 시스템, 식품가공, 석유 화학 제철 공업 등 산업공정에서 발생하는 열의 소산은 필요하다.(1) 일반적으로 응축기나 산업용 열교환기에서 응축열을 제거해야 하며 물을 이용한 열 교환이 경제적으로 이득이다. 따라서, 최근 대부분의 산업분야는 냉각수를 순환시키는 재순환방식을 사용한다 그 중 탑 냉각방식은 냉각수가 흡수한 폐열을 냉각탑에서 배출해 온도를 낮춘 뒤 재이용한다.
탑 냉각방식의 재순환방식은 무엇인가? (1) 일반적으로 응축기나 산업용 열교환기에서 응축열을 제거해야 하며 물을 이용한 열 교환이 경제적으로 이득이다. 따라서, 최근 대부분의 산업분야는 냉각수를 순환시키는 재순환방식을 사용한다 그 중 탑 냉각방식은 냉각수가 흡수한 폐열을 냉각탑에서 배출해 온도를 낮춘 뒤 재이용한다.(2,3) 이는 경제적으로 폐열을 제거하고 일회 냉각식의 약 2~5%에 불과한 냉각수를 소모하여 내륙부지에도 발전소 및 공장 건설을 가능케 한다.
백연 현상은 오염원이 아님에도 민원이 제기되는 이유는 무엇인가? 하지만 주택 밀집지역, 도심 중심지에서의 백연 방출은 그 외관상 오염물질로 오인되어 이에 대한 민원이 자주 제기된다.(4) 또한, 저기압 기상에서는 백연의 상승이 억제되어 주변 도로의 결빙 문제를 초래한다.(5)
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참고문헌 (16)

  1. Seo, S. H. and Sung, S. K., 2007, "Effect of Fouling Mitigation for Ceramic Ball in Cooling Water System of Heat Exchanger," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 31, No. 4, pp. 330-334. 

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  2. Jung, J.H., Jung, J.H. and Choi, Y. K., 2014, "Program Development for the Prediction of Cooling Tower Performance," Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 26, No. 3, pp. 130-136. 

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  3. Park, Y. C., 2010, "Vibration Analysis of a Cooling Fan Gear Reducer of the Secondary Cooling Tower in HANARO," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 34, No. 7, pp. 935-941. 

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  4. Kim, B. J. and Choi, Y. K., 2003, "A Numerical Study on the Performance Analysis of Plume Abatement Cooling Tower with Dry Type Heat Exchanger," Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 15, No. 12, pp. 1018-1028. 

  5. Choi, C. K., Choi, Y. K. and So, H. Y., 2001, "A Numerical Study on the Performance Analysis of the Plume Abatement NWD Cooling Tower," Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 13, No. 11, pp. 1049-1059. 

  6. Su, M. D., Tang, G. F. and Fu, S., 1999, "Numerical Simulation of Fluid Flow and Thermal Performance of a Dry-cooling Tower under Cross Wind Condition," Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 79, No. 3, pp. 289-306. 

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  7. Kim, B. J. and Choi, Y. K., 2003, "A Numerical Study on the Performance Analysis of Plume Abatement Cooling Tower with Dry Type Heat Exchanger," Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 15, No. 12, pp. 1018-1028. 

  8. Kim, B. J. and Choi, Y. K., 2005, "Numerical Study on the Performance Analysis of Plume Abatement Cooling Tower with Dry Type Heat Exchanger," International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, Vol. 13, No. 2, pp. 61-70. 

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  9. Michioka, T., Sato, A., Kanzaki, T. and Sada, K., 2007, "Wind Tunnel Experiment for Predicting a Visible Plume Region from a Wet Cooling Tower," Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 95, pp. 741-754. 

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  10. Bouzereau, E., Genon, L. M. and Carissimo, B., 2008, "Application of a Semi-spectral Cloud Water Parameterization to Cooling Tower Plumes Simulations," Atmospheric Research, Vol. 90, pp. 87-90. 

  11. Al-Waked, R., 2010, "Crosswinds Effect on the Performance of Natural Draft Wet Cooling Towers," International Journal of Thermal Sciences, Vol. 49, pp. 218-224. 

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  12. Tyagi, S. K., Pandey, A. K., Pant, P. C. and Tyagi, V. V., 2012, "Formation, Potential and Abatement of Plume from Wet Cooling Towers: A Review," Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 16, pp. 3409-3429. 

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  13. Versteeg, H. K. and Malalasekera, W., 1995, "An Introduction to Computational Fluid Dynamics: the Finite Volume Method," 1st ed., LONGMAN, London, pp. 10-39. 

  14. Kimura, I., and Hosoda, T., 2003, "A Nonlinear k- ${\varepsilon}$ Model with Realizability for Prediction of Flows Around Bluff Bodies," International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 42, No. 8, pp. 813-837. 

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  15. FLUENT, ANSYS., 2015, "15.0 User Guide.", Release 14. 

  16. Anqi, A. E., Alkhamis, N. and Oztekin, A., 2016, "Steady Three Dimensional Flow and Mass Transfer Analyses for Brackish Water Desalination by Reverse Osmosis Membranes," International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 101, pp. 399-411. 

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