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문제 정의
- 가시화실험은 두 유입정이 만들어내는 유동의 형상을 상대적으로 관측하기 위하여 실시되었다. 가시화 실험에 의해서 관측될 유동은 주로 유입정 상단부에서 아래쪽에 치우쳐서 침전지 밑면 근처로 이동하는 특성을 보여주는 것이 물보다 밀도가 큰 슬러지의 침강 특성을 보기에 유리하다.
- 이러한 이유는 여러 복합요인이 있었지만 본 실험의 경우와 같이 매우 늦은 유동장을 측정하기에는 LDV 계측 상 많은 문제가 선결되어야 함을 인식하게 된 실험이었다. 따라서 본 연구에는 예비 실험된 결과를 가지고 분석된 정보를 이용하여 본격적인 실험을 수행할 경우에 대한 선결조건들을 나열하는 것을 목표로 한다. 본 실험에서는 부유물질(Seeder)로서 현재까지 저속에서 가장 회상력이 우수한 것으로 알려진 Hollow glass를 사용하였다.
- 본 연구에서는 하수처리 중 일, 이차침전지 및 농축 조로 사용되는 원형침전지의 문제점을 검토하고, 유체역학적 접근을 통해 새로운 모델을 제시하며, 두 침전지 간의 효율성을 비교하고자 한다.
- 위에서 서술한 몇 가지의 단점을 보완하기 위해 유체역학의 이론 중의 하나인 코안다(Coanda) 효과를 적용한 침전지를 제시하고자 한다. 노즐출구 하류의 벽면이 볼록면인 경우에도 벽면 분류는 상당한 범위에 걸쳐서 벽면을 따라서 흐르는데, 이때 얻은 모멘텀에 의하여 벽면을 떠낳을 때에도 그 방향을 유지하므로 유로의 방향을 자연스럽게 바꿀 수 있는데 이것을 코안다 효과라고 한다.
- 5%, 30°를 선택할 경우 16% 정도의 유로가 신장되어 슬러지가 침강할 수 있는 시간이 길어지며 실제의 경우에는 곡선이 이루어지므로 좀 더 길어진다. 이들의 변화는 침전지 밑면의 점착조건에 의하여 형성되는 속도구배가 FW보다 완만해지므로 적절한 속도구배에 의한 전단응력 조건이 용이하게 조절되어 플록 형성에 민감한 조건을 수시로 조절할 수 있는 기능도 제시한다. 또한, 초기유출방향이 기울어져있기 때문에 침전지 유동이 상시 저속의 거시적 회전 유동이 되므로 슬러지 수집기에 소요되는 동력을 감소시킬 수 있게 되며 균질한 침강에 의하여 수집기의 하중분산이 이루어져 유리하다.
가설 설정
- 1. 동일유량에 대하여 침전지 내의 유로(particle path)를 길게 할 수 있다.
- 1에 개략적으로 도시한 바와 같이 본 침전지는 원형 우물, 웨어, 스크레이퍼와 구동장치 등으로 구성되어 있으나 계산의 편의를 위하여 스크레이퍼를 배제한 상태에서의 침전지 내의 유동만을 계산하였다. 가시화 및 LDV실험과는 대조적으로 실제와 동일한 크기의 계산이 가능하므로 위 절에서 언급한대로 최대한 실제와 가까운 조건을 대입하여 계산 조건을 설정하였으며 이상적으로 축 대칭의 기하학적 형상을 가정하여 각 위상 면을 Fig. 4, 5 와 같은 축 대칭적 계산 면으로 선정하여 계산한 후에 포괄적인 3차원 계산이 가능하도록 구상하였다. Fig.
- 우선, 선정된 침전지의 기하학적 형태는 가장 보편적인 침전을 선정하여 반경 13m, 중심 깊이 6m, 원주 깊이 4m인 원형침전지를 모델로 선정하였으며 밑면의 경사도는 12 : 1의 크기를 유지하는 경우로 가정했다. 중심의 하수 유입정 및 침강우물의 크기는 전체직경의 1/7의 크기를 갖는 경우로 선정되었다.
- 5 와 같이 DN형의 계산격자로서 역시 불규칙 격자를 설정하고 특히 출구쪽(Tulip Exit)과 수집관(Receiving Pipe) 근처를 조밀격자로 만들어 계산하도록 하였다. 자유표면에서의 Scum의 발생과 풍속에 의한 표류 효과를 없애기 위해서는 본 격자 그림과 같이 잠겨진 수집관을 사용하는 것이 이상적이나 본 보고서에서는 수집관 대신에 웨어림(Weir Rhn)을 가정하여 FW형의 특성과 상대적 비교 특성을 얻고자 한다. 이에 대한 격자구조는 재차 그리지 않았다.
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