• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.171-171
• /
• 2022

난류 수체에서 관성입자의 침강속도는 정지 수체에서보다 빠르고, 그 침강속도의 증가비율은 입자의 관성력과 난류의 길이 스케일에 큰 영향을 받는다고 알려져 있다(Wang and Maxey, 1993; Yang and Shy, 2003; Wang et al., 2018). 본 연구에서는 개수로 흐름에서 난류의 영향을 받는 관성입자의 침강속도를 측정하고, 정지 상태의 침강속도에 대한 침강속도의 증가비율과 난류 인자의연관성에 대해 조사하였다. 실험에 사용된 관성입자는 비중 1.35, 직경 300 ㎛에서 2000 ㎛까지의 구형 플라스틱(PE; polyethylene) 입자이며, 해당 입자들의 침강속도는 PTV(particle tracking velocimetry) 방식을 통해 측정하였다. 그리고 PIV(particle image velocimetry) 기법을 통해, 개수로 흐름의 난류 에너지 소산율(energy dissipation rate, ϵ)과 그에 따른 Kolomogorov 길이 스케일을 측정하였다. 실험 결과, 모든 직경 조건에서 플라스틱 입자는 난류 흐름에서의 침강속도가 정지 수체에서의 침강속도보다 빠름을 보였으며, 그 비율은 입자 직경이 난류의 길이 스케일과 유사하거나 작아질 때 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 유체 내에서의 관성입자의 거동에 대한 이론식과 비교하여 관성입자의 침강에 미치는 여러 힘들의 상대적 관계를 파악하였다. 본 연구의 결과는 자연 수체에서 미세플라스틱의 거동을 이해하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
• /
• 2002.04a
• /
• pp.155-156
• /
• 2002

관성임팩터(inertial impactor)는 입자의 관성을 이용하여 기류로부터 입자를 분리하는 장치이며 입자를 입경별로 포집하는데에 높은 효율을 가지며 작동하기에 간편하므로 널리 사용되고 있다. 하지만, 임팩터는 입자의 되튀김(bouncing), 재유입(reentrainment), 그리고 과적(overload)과 같은 입자와 충돌판의 상호작용에 의한 문제점이 있다. 일반적으로 이런 문제점을 해결하기 위해서는 충돌판의 표면에 그리스(grease) 또는 오일(oil)을 코팅하여 사용하는 방법이 있다. (중략)

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
• /
• 2000.11a
• /
• pp.119-120
• /
• 2000

일반적으로 다단 임팩터는 대기 에어로졸의 입경별 질량농도분포를 측정하는데 많이 사용되고 있다. 임팩터는 입자의 관성을 이용하여 기류로부터 입자를 분리하므로, 0.4 $\mu\textrm{m}$ 이하인 미세 입자의 경우 관성력이 작아 보통의 임팩터로는 입자를 분리하는데 어려움이 있다. 미세 입자에 대한 관심이 높아짐에 따라 저압(low pressure)이나 미세 오리피스(micro-orifice)를 사용하여 미세 입자를 분류할 수 있는 임팩터가 개발되어 사용되고 있다. (중략)

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
• /
• 2002.11a
• /
• pp.320-321
• /
• 2002

가상임펙터(virtual impactor)는 충돌판을 가지고 있는 관성임팩터(inertial impactor)와는 다르게 분리입경보다 큰 입자를 분리할 수 있는 부 유동과 분리입경보다 작은 입자를 분리할 수 있는 주 유동으로 나누어져서 입자의 튀김(bouncing)이나 재비산(reentrainment) 없이 입자를 분리 또는 농축할 수 있다. 하지만 관성임팩터처럼 여러 단을 연결하여 작은 입자를 분리할 수 없기 때문에 주로 큰 입자의 분리 및 농축에 쓰여왔다. (중략)

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.281-281
• /
• 2022

바닥에서 생성되는 난류는 순간적으로 강한 모멘텀을 바닥에 전달함과 동시에 바닥에 있는 입자를 움직이게 한다. 경계층 내 난류 운동에 대한 분석은 다양한 유사 이송 문제를 이해하기 위해 필수적이며 이에 따라 많은 선행 연구들은 실험실 실험을 통해 해당 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 선행 연구에서 사용하지 못했던 진보된 실험 방법을 활용하여 바닥 경계층 내의 난류 운동에 대해 확인하고 해당 운동에 의해 관성 입자의 움직임이 어떻게 발생하는지에 대하여 물리적으로 설명하고자 한다. 다양한 흐름 조건에서 3가지의 입경 크기를 가지는 모래 입자를 가지고 실험을 수행하였으며, 실험 조건별 고해상도 유속장 및 관성 입자의 움직임은 3차원 입자 영상 유속계 (Particle Image Velocimetry; 이하 PIV)와 입자 추적 유속계 (Particle Tracking Velocimetry; 이하 PTV)를 동시에 적용하여 파악하였다. 취득된 3차원 유속장과 입자 궤적을 기반으로 실험 조건별 흐름 및 입자 거동 특성에 대해 분석하였으며, 관성 입자의 움직임을 발생시키는 3차원 난류 운동은 측정된 유속장에서 산정한 Q-criterion 값을 기반으로 도식화하였다. 측정값 내에는 난류 운동에 대한 정보와 더불어 잡음이 포함되어 있으므로 이를 제거하고자 적합 직교 분해 (Proper Orthogonal Decomposition; 이하 POD) 방법을 적용하였다. 그리고 POD로 추출한 유속장을 통해 바닥면 부근에 존재하는 헤어핀 와류 운동 혹은 와류 묶음과 같은 난류 고유 구조를 파악하였다. 해당 와류 운동들의 3차원 난류 특성을 확인하고자 비등방성 불변 지도(anisotropy invariant map)를 활용하였으며 경계층 내부에서 난류의 형태가 흐름 방향으로 늘어진 럭비공 형태임을 확인하였다. 마지막으로, 입자의 움직임을 발생시키는 난류 이벤트를 결정하고자 사방구 분석 (Quadrant analysis) 기법을 적용하였으며 흐름 조건별로 입자를 움직이게 하는 난류 이벤트는 달라짐을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
• /
• 2001.11a
• /
• pp.431-432
• /
• 2001

원심력을 이용한 대표적인 대기오염 방지 장치인 싸이클론은 1800년대 후반이래 공기나 배출가스로부터의 분진제거 및 입자분리에 폭 넓게 사용되어 왔다. 일반적으로 싸이클론은 간단한 구조로 되어 있으며, 조작이 용이하고 운전비용이 저렴할 뿐만 아니라 가혹조건에서의 사용이 가능하다는 장점이 있다 (Shepherd and Lapple, 1939). 입자의 관성력에 의해 분진을 분리하는 싸이클론으로서는 상대적으로 낮은 관성효과를 지니는 미세입자(주로 10$\mu\textrm{m}$ 이하)들에 대한 제어효율이 낮을 수 밖에 없다(Dirge and Leith, 1985). (중략)

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.55 no.11
• /
• pp.955-967
• /
• 2022

Existing particle tracking models predict vertical displacement of particles based on the terminal settling velocity in the stagnant water. However, experimental results of the present study confirmed that the settling velocity of particles is influenced by the turbulence effects in turbulent flow, consistent with the previous studies. The settling velocity of particles and turbulent characteristics were measured by using PTV and PIV methods, respectively, in order to establish relationship between the particle settling velocity and the ambient turbulence. It was observed that the settling velocity increase rate starts to grow when the particle diameter is of the same order as Kolmogorov length scale. Compared with the previous studies, the present study shows that the graphs of the settling velocity increase rate according to the Stokes number have concave shapes for each particle density. In conclusion, since the settling velocity in the natural flow is faster than in the stagnant water, the existing particle tracking model may estimate a relatively long time for particles to reach the river bed. Therefore, the results of the present study can help improve the performance of particle tracking models.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.180-180
• /
• 2013

반도체, 디스플레이와 같이 저압, 극청정 조건에서 진행되는 공정에서 발생한 오염입자는 수 율에 큰 영향을 미친다. 따라서 공정 중에 발생한 오염입자를 실시간으로 모니터링할 수 있는 장비에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Particle Beam Mass Spectrometer (PBMS)는 저압에서 실시간으로 나노 입자의 크기를 측정할 수 있는 대표적인 장비 중 하나이다. 입자를 포함한 가스 유동이 PBMS로 유입되면, 우선 입자를 입자빔의 형태로 집속하는 공기역학렌즈를 통과하게 된다. 집속된 입자는 노즐에 의해서 가속되며, 이로 인해 충분한 관성을 가지게 된 입자는 양극과 음극, 필라멘트로 구성된 electron gun에서 전자충돌에 의해 포화상태로 하전된다. 하전한 입자는 electrostatic deflector에서 크기에 따라 분류되어 Faraday detector와 electrometer에 의해 측정된다. 그러나 공기역학렌즈는 입자의 크기가 작아질수록 집속 효율이 급격히 낮아진다는 문제점을 지니고 있다. 이는 입자가 작아질수록 점성에 의한 영향이 관성에 의한 영향보다 커짐으로써 나타나는 현상이다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위해 사중극자를 사용하여 입자를 집속시키는 방법이 대안으로 제시되었다. 사중극자는 서로 마주보는 쌍곡선 형태의 전극구조에 AC 전기장을 인가하는 방식을 사용한다. 사중극자의 중심은 정확히 평형점을 가지게 되며 입자는 사중극자 내에서 진동을 반복하며 평형점을 향해 모이게 된다. 입자의 크기가 작을수록 전기력에 의한 영향을 크게 받으므로 사중극자를 이용한 입자집속 방법은 나노입자의 집속에 있어 공기역학렌즈를 이용한 집속에 비해 이점을 지닌다. 또한 집속 하고자 하는 입자 대상이 바뀔 경우 구조를 바꿔야 하는 공기역학렌즈와 달리 사중극자를 이용한 방법은 AC 전기장을 조절하는 것 만으로 제어가 가능하다. 본 연구에서는 저압 조건에서 나노입자를 집속하기 위한 사중극자의 전극 구조를 이론적인 계산을 통하여 구하였다. 그 결과 0.1 torr의 압력 조건하에서 5~100 nm 범위의 기본 입자를 AC 전압과 진동수를 조절하여 집속할 수 있는 사중극자 형태를 설계하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.391-391
• /
• 2016

유수동역학적인 요소와 유사의 부유는 서로 상호작용을 주고받으며 다양한 현상을 만들어낸다. 많은 선행연구를 통해 유사 농도 등의 특성이 난류 구조 등의 변화를 야기하며, 변화한 난류 구조 역시 유사의 부유 등에 2차적인 영향을 준다는 점이 확인되었다. 본 연구에서는 가는 유사에 보다 집중하여 유사 부유와 이에 따른 연직구조 특성의 변화를 살펴본다. 본 연구에서는 1차원 연직 모형을 이용하여 수치실험을 수행한다. 본 연구에 이용된 모형은 가는 유사의 특성인 빠른 입자 반응 시간(Particle Response Time)이 가정되는 모형으로 선행연구를 통해 적용성이 검증된 것으로 판단한다. 주요 분석대상은 유사의 농도와 속도경사 간의 관계 등이며, 분석하는 유사 농도 종류는 일반적인 비점착성 유사의 경우에 관심을 가지는 질량 농도에 집중하여 결정된다. 수치실험 수행을 위해서는 정류 흐름, 진동파 흐름 등이 적용되었고 다양한 경우의 가는 유사를 고려하기 위한 실험조건의 변경이 이루어졌다. 수치실험 결과 진동파의 다양한 위상에서 조금씩 달라지는 연직구조가 확인되었다. 이는 보정되는 Schmidt 수의 값과도 연관관계를 가지는 것으로 나타났다. 특히 가는 유사의 경우에도 입자의 크기에 따라 다른 연직구조의 특성이 모의되었으며 이를 통해 수치실험의 경우에도 입자 크기의 고려 하에 매개변수의 보정이 이루어져야 한다는 점을 알 수 있다. 스토크스 수는 입자 반응 시간과 유체 난류 시간규모(Fluid Turbulence Ttime Scale)의 비율을 의미한다. 본 연구를 통해 스토크스 수가 유사의 확산강도 결정과 큰 상관 관계를 가지는 것을 알 수 있다. 이때 유사의 크기와 보정되는 Schmidt 수의 값은 고정되었다. 수치 계산시에 확산계수의 값이 부유 및 이에 따른 연직구조의 특성을 결정하는 중요한 변수라는 점을 고려할 때, 가는 유사의 부유를 모의할 때에는 세심한 주의가 요구된다는 점을 이해할 수 있다. 선행 연구사례를 통해 볼 때 부유하는 입자의 관성력이 Schmidt 수의 결정과 이에 따른 연직 구조의 계산에 큰 영향을 준다는 점을 알 수 있다. 본 연구에서는 스토크스 수를 관성력을 나타낼 수 있는 지표로서 계산하였지만 보다 정량적이고 효율적인 입자 관성력 지표가 제시될 때 효율적인 연구결과의 제시가 이루어질 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
• /
• 2000.04a
• /
• pp.215-216
• /
• 2000

Granular Bed Filter에서의 미세입자 제거에 대한 연구, 특히 정전기력을 이용한 미세입자의 포집효율에 관한 연구는 수많은 연구자들에 의해 수행되어 왔으나, 이론식 내의 입자들의 관성, 유동장 그리고 입자에 작용하는 전기력의 복합성 때문에 직접적인 일반 해를 구하기가 어려운 것이 사실이다. 정전기력을 이용한 입자의 여과특성 및 효율에 대한 이론적 연구는 주로 외부 전기장을 주었을 경우와 포집체와 입자가 모두 대전되었을 경우를 중심으로 수행되어 왔다. (중략)