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물 난류에서의 암모니아 흡수 거동 해석
Interpretation of Ammonia Absorption Behavior in Water Turbulent Flow 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.27 no.3, 2019년, pp.75 - 80  

이상룡 (동국대학교 바이오시스템대학 바이오환경과학과) ,  박진원 (서울과학기술대학교 에너지바이오대학 화공생명공학과)

초록
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본 연구는 난류로 흐르는 물에서 미세먼지 전구체 중 하나인 암모니아가 흡수되는 거동을 해석하였다. 물의 흐름이 층류보다 난류인 조건에서 암모니아의 침투 깊이가 더 깊으므로 레이놀즈 수$10^4$보다 큰 난류 조건이 고려된다. 거동 해석을 위하여, 무차원 물질전달 지배방정식과 상온 기준의 일정한 물성치들이 사용되었다. 물에서의 암모니아 확산계수와 물의 동점도계수는 각각 $2.45{\times}10^{-9}m^2/s$$1{\times}10^{-6}m^2/s$이었다. 물에서의 암모니아 농도 분포는 암모니아에 노출되기 시작하는 지점으로부터의 위치에 대하여 산출되었다. 혼합 깊이에 따른 정량적인 분포 또한 도출되었다. 이와 같은 정량적인 해석은 난류로 흐르는 물이 층류로 흐르는 것과 비교하여 얼마나 더욱 효율적으로 암모니아를 제거할 수 있는지에 대한 통찰력을 제시할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The article is devoted to the interpretation of ammonia, one of the fine dust precursors, absorption behavior in water turbulent flow. The water flow was considered as a turbulent flow with Reynolds number more than $10^4$, because ammonia gas penetration depth was deeper at turbulent flo...

주제어

표/그림 (4)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 난류로 흐르는 물에서 미세먼지 전구체 중 하나인 암모니아가 흡수되는 거동을 해석하였다. 물의 흐름이 층류보다 난류인 조건에서 암모니아의 침투 깊이가 더 깊으므로 레이놀즈 수가 104 이상인 난류 조건이 고려된다.
  • 본 연구에서는 층류와 비교하여 난류에서의 암모니아 흡수 거동을 해석하고자 한다.

가설 설정

  • 지나치게 깊은 지점을 고려할 경우에, 계산 자체는 가능할지라도 실험적인 변수로서의 의미는 퇴색될 수 있기 때문이다. 그 후, 무차원깊이가 0.05인 지점에서 용해도 대비 농도(무차원농도)가 1에 가까운 원 통관의 무차원길이를 1로 가정하였다. 무차원농도 가 1인 경우는 무차원길이가 무한대가 되어야 하므로, 1에 가까운 값(0.
  • 따라서, z의 위치에 따른 속도값의 변화는 없다. 그리고, 물 흐름의 겉보기 속도는 동일하게 10-3 m/s로 두고 관의 직경은 1 m로 가정하여, 난류의 발생은 순수하게 방해판에 의해서 나타나도록 설정한다. 이 속도에서는 방해판이 없는 상황에서 레이놀즈 수가 1×103 에 해당되는 층류이다.
  • 난류와 층류에 대해 무차원 물질전달식을 아래와 같이 각각 고려하였다. 물의 흐름을 z방향, 물의 흐름과 수직이며 원통관의 중심으로부터 멀어지는 방향을 r방향으로 가정하고 한다.
  • 위의 지배방정식에서, 속도값은 이미 완전히 위치에 따른 속도값은 완전확립이 된 것으로 고려하여 초입 및 말단 효과가 없는 것으로 가정한다. 따라서, z의 위치에 따른 속도값의 변화는 없다.
  • 이 경향은 농도분포 계산에 있어서 사용된 경계조건 “기액계면으로부터 멀리 떨어진 위치에서의 농도를 0으로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
암모니아란? 암모니아는 질소와 수소로 이루어진 화합물로, 표준 온도와 압력에서 독성을 가진 자극성 이 강한 무색의 부식성 알칼리성 기체이다. 축산분야에서 암모니아 기체의 주요 배출원은 주로 농업 부문의 가축사육 및 분뇨처리, 비료 사용과 생산공정시설 등으로 알려져 있다.
암모니아의 침투를 증가시키는 데 층류보다 난류가 유리한 이유는? 위에 언급된 바 있는 스크러빙도 그 중 하나의 사례에 해당된다. 그러나, 암모니아는 증기압이 낮으므로 물에 녹은 후에는 최대한 계면으로부터 깊게 분포되는 것이 유리하다. 따라서, 암모니아의 침투를 증가시키는 관점에서는 층류보다는 난류에서 유리할 것으로 판단된다.
암모니아의 직간접적 피해양상은? 축산분야에서 암모니아 기체의 주요 배출원은 주로 농업 부문의 가축사육 및 분뇨처리, 비료 사용과 생산공정시설 등으로 알려져 있다. 암모니아는 직접적으로 피부와 호흡기관에 자극을 줄 수 있으며, 간접적으로 화학반응을 통해 미세먼지를 생성시킨다. 수도권에서 측정된 미세먼지의 구성성분은 황산암모늄과 질산암모늄이 전체 미세분진 농도의 25.
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