성층유체의 밀도분포 변화 및 유동장 분석을 통한 Bubble Plume의 수리동역학적 거동평가

Abstract

공기방울을 이용한 저수지의 주요 성층파괴 기작인 버블플륨(Bubble Plume)의 거동특성과 비정상상태의 흐름에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 전산유체(CFD) 소프트웨어를 이용한 2상(공기-물), 3차원의 탈성층 모델을 적용하였으며, 이로부터 여러 복잡한 성층강도 및 주입공기량에 따라 변하는 탈성층 과정을 정량적으로 밝힐 수 있었다. 동 모델을 검증하기 위해 실험실 규모의 실험을 수행했으며, 그결과 Plume Number(PN)가 30~600 범위에서 모델이 성층파괴 과정을 성공적으로 모의하고 있음을 확인 할 수 있었다. 또한 기존의 1차원 모델로는 설명하기 어려웠던 버블플륨의 수리동역학적 거동과 난류흐름을 3차원으로 설명할 수 있게 되었다. 연구결과, 기존의 연구와는 달리 탈성층 효율은 PN가 증가함에 따라 증가했으며, Asaeda 등(1989, 1993)이 정의한 성층강도와 주입공기량에 따른 3가지 형태의 흐름은 그들이 제안한 PN 범위에서 발생하지 않았다. 이는 공기방울의 크기를 고려하지 않았기 때문인 것으로 판단된다.