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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 장혁상
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 영남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수8
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선박 엔진의 연소에 의해서 발생되는 대기 오염 물질을 줄이기 위해 국제해사기구에서 엄격한 규제가 도입되고 있다. 대기 오염 물질 중 황산화물 배출에 대한 규제를 만족하기 위해 배출가스 내에 포함된 황산화물의 양을 저감시키는 장치인 스크러버의 개발에 대한 관심이 증가하고 있다. 분무형 스크러버는 배출가스에 세정액을 분사하여 황산화물을 흡수하는 장치로 내부는 매우 복잡한 흐름을 가진다. 이 흐름을 실제 스크러버 형상에 대하여 실험을 통해 분석하는 것은 경제적으로나 시간적으로 한계가 있기 때문에, 전산유체역학을 사용해서 분석하는 것이 선호된다.
전산유체역학에서 다상 흐름에 대한 분석은 액적의 궤적을 중심으로 분석하는 방법인 Eulerian-Lagrangian 다상 해석기법과 배출가스와 액적의 분포를 나타내는 Eulerian-Eulerian 다상 해석기법이 있다. 이러한 전산유체역학의 분석은 실제 실험과 비교한 선행 연구자의 결과를 통해 신뢰성을 확보하고 연구를 진행하였다. 개발된 스크러버는 총 2 종류로 스크러버 내에서 배출가스와 액적이 반대 방향의 흐름을 가지는 대향류형 스크러버와 스크러버 내에서 회전 흐름을 갖게 하여 스크러버 내에서 액적과의 접촉 시간과 체류 시간을 증가시킨 사이클론 스크러버이다.
해석한 결과, Eulerian-Lagrangian 해석을 통해, 스크러버에 분사된 액적 대부분이 캐리 오버되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 추가적으로 액적 제거기를 설치하여 그 효과를 나타내었다. 또한, 선박에서 사용되는 스크러버가 선박의 움직임에 의해서 효율에 영향을 받는지 평가하였다. 그 결과, 각 기울기 각도에 따라 속도 차이와 캐리 오버되는 양의 차이가 나타남을 확인할 수 있었다. Eulerian-Eulerian 해석을 통해, 배출가스로 인해서 액적이 깨지는 다분산 액적을 고려하고, 상간 물질전달인 기체와 액체 간의 증발과 흡수를 모델링하여 나타내었다. 스크러버의 탈황 효율은 사이클론 스크러버의 탈황 효율이 대향류형 스크러버보다 더 낮은 것을 알 수 있었다. 이 결과는 개발된 스크러버에서 노즐의 배치가 대향류형 스크러버에 더 적합했다고 판단되며, 이를 통해 실제 스크러버 설계 시 전산유체역학을 통해 스크러버를 분석하여 설계 형상에 대해 평가하고 문제점을 개선하여 더 향상된 스크러버를 개발할 수 있을 것으로 판단된다.
전산유체역학에서 다상 흐름에 대한 분석은 액적의 궤적을 중심으로 분석하는 방법인 Eulerian-Lagrangian 다상 해석기법과 배출가스와 액적의 분포를 나타내는 Eulerian-Eulerian 다상 해석기법이 있다. 이러한 전산유체역학의 분석은 실제 실험과 비교한 선행 연구자의 결과를 통해 신뢰성을 확보하고 연구를 진행하였다. 개발된 스크러버는 총 2 종류로 스크러버 내에서 배출가스와 액적이 반대 방향의 흐름을 가지는 대향류형 스크러버와 스크러버 내에서 회전 흐름을 갖게 하여 스크러버 내에서 액적과의 접촉 시간과 체류 시간을 증가시킨 사이클론 스크러버이다.
해석한 결과, Eulerian-Lagrangian 해석을 통해, 스크러버에 분사된 액적 대부분이 캐리 오버되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 추가적으로 액적 제거기를 설치하여 그 효과를 나타내었다. 또한, 선박에서 사용되는 스크러버가 선박의 움직임에 의해서 효율에 영향을 받는지 평가하였다. 그 결과, 각 기울기 각도에 따라 속도 차이와 캐리 오버되는 양의 차이가 나타남을 확인할 수 있었다. Eulerian-Eulerian 해석을 통해, 배출가스로 인해서 액적이 깨지는 다분산 액적을 고려하고, 상간 물질전달인 기체와 액체 간의 증발과 흡수를 모델링하여 나타내었다. 스크러버의 탈황 효율은 사이클론 스크러버의 탈황 효율이 대향류형 스크러버보다 더 낮은 것을 알 수 있었다. 이 결과는 개발된 스크러버에서 노즐의 배치가 대향류형 스크러버에 더 적합했다고 판단되며, 이를 통해 실제 스크러버 설계 시 전산유체역학을 통해 스크러버를 분석하여 설계 형상에 대해 평가하고 문제점을 개선하여 더 향상된 스크러버를 개발할 수 있을 것으로 판단된다.
목차
목 차요약문 ⅰ목차 ⅱList of Tables ⅴList of Figures ⅵNomenclature ⅹ1 장. 서 론 11.1 연구배경 11.2 연구목적 32 장. 문헌 고찰 52.1 스크러버 52.1.1 스크러버의 효율 52.1.2 스크러버의 물질 수지와 조작 곡선 72.2 물질 전달 103 장. 전산해석적 연구 123.1 전산유체역학의 적용 123.2 지배방정식 143.3 다상 해석기법 153.3.1 Eulerian-Eulerian 다상모델 163.3.1.1 운동량 방정식 163.3.1.2 에너지 방정식 183.3.1.3 연속 방정식 193.3.2 Eulerian-Lagrangian 다상모델 193.3.2.1 운동량 방정식 193.3.2.2 에너지 방정식 203.3.2.3 물질전달 방정식 213.4 해석대상의 모델링 및 해석 모델 223.4.1 해석대상 233.4.2 해석대상의 격자형성 243.4.3 해석대상의 적용 모델 273.4.3.1 난류 모델 273.4.3.2 입자 크기 분포 293.4.3.3 MUSIG(Multiple Size Group) 모델 303.4.4 해석대상의 경계조건 324 장. 결과 및 고찰 344.1 배출가스 유동 평가 354.2 Eulerian-Lagrangian 다상 해석기법을 이용한 전산해석 결과 384.2.1 액적 궤적 분석 384.2.2 증발에 따른 유동 분석 414.2.3 선박의 움직임에 따른 유동 변화 분석 464.2.4 액적 제거기 설치에 따른 유동 분석 564.3 Eulerian-Eulerian 다상 해석기법을 이용한 전산해석 결과 634.3.1 단분산 액적에 대한 유동 분석 634.3.2 다분산 액적에 대한 유동 분석 654.3.3 증발에 따른 유동 분석 684.3.4 흡수에 따른 효율 평가 774.4 다상 해석기법에 따른 결과 비교 815 장. 결 론 84참고문헌 86영문초록 89
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