지금까지 관행적으로 액체의 누출은 순간누출과 연속누출로 분류 되어 왔다. 본 논문에서는 이러한 분류의 문제점을 인식하고 새로운 분류 방법을 찾기 위하여 제한된 시간 동안 누출되는 극저온 액체의 확산에 관한 연구를 수행하였다. 이러한 물리적 현상은 누출된 액체풀의 부피, 반경, 높이에 관한 연립방정식에 의해 지배되며, 주요 변수는 단위면적당 증발률, 누출시간, 누출량의 3 개 이다. 섭동법에 의한 해를 효율적으로 구하기 위하여 독립된 형태의 부피에 관한 2차 미분방정식을 얻었다. 이 새로운 지배 방정식은 기존의 방법에 비하여 매우 간단하게 해를 얻을 수 있게 한다. 섭동해의 결과, 동일한 누출량인 경우에 누출시간이 작으면 연속누출이 순간누출로 이어지는 혼합 형태의 누출이 되나, 누출시간이 크게 되면 연속누출 형태로만 존재하게 된다. 동일한 누출시간의 경우에는 누출량이 작으면 연속누출 형태로만 존재하지만, 누출량이 증가할수록 혼합형태의 누출로 된다. 이러한 2개의 영역을 분할하는 경계를 섭동해를 이용하여 해석적으로 제시함으로서 누출의 새로운 분류에 대한 명확한 근거를 제시 하였다.
연속적으로 누출되는 극저온 액체의 풀 확산을 액체질소를 사용하여 실험적으로 연구하였다. 본 실험을 위해 Cement mortar 재질의 Plate 위에 액체질소를 연속적으로 누출시켜 Plate 표면에서 풀 확산이 일어나도록 하였다. 전자저울을 이용하여 Plate 위에서 증발되는 액체질소의 단위면적당증발률을 측정했고, 시간에 따라 반경 방향으로 퍼지는 액체풀의 확산 거리는 열전대의 온도 변화로부터 측정하였다. 실험 결과 액체질소의 단위면적당증발률은 풀 확산이 진행될수록 감소하는 경향을 보였다.
무거운 독성가스의 소규모 누출에 대한 가우시안 연속모델의 적용성을 평가하기 위하여 염소가스의 소규모 누출에서 염소농도의 실험값과 여러 가지 분산계수를 사용한 가우시안 연속모델에 의해 산출한 이론값을 비교하였다. 그 결과, 염소가스 분산은 분산계수와 대기안정도에 따라 상당히 차이가 있었으며, 염소농도는 Briggs의 분산계수와 유효 누출높이를 사용한 가우시안 연속모델에 의해 비교적 정확하게 산출할 수 있었다.
본 연구는 염소가스의 소규모 연속누출에서 분산특성과 독성영향을 해석하였다. 염소 농도의 실험값과 이론값을 비교한 결과, Briggs의 분산계수와 유효누출높이를 사용한 가우시안 모델이 BM 모델보다 적용성이 우수하였다. 또한 가우시안 모델에 의해 염소농도를 산출하고 해석한 결과, 염소분산은 누출속도 보다 대기안정도와 바람속도에 크게 영향을 받으며, 독성영향은 염소분산에 미치는 매개변수의 영향과 유사한 경향을 나타내었다. 이때, 여러 독성기준에 의해 산출된 피해범위로부터 인명을 보호하기 위한 위험지역을 파악할 수 있었다.
나프타분해플랜트의 부탄추출공정에서 부탄중기의 연속누출에 의한 제트화재와 플래쉬화재의 사고 결과에 대환 영향을 평가하고 사고결과에 미치는 공정변수들의 영향을 해석하였다. 877 kPa과 346.75 K의 공정조건에서 부탄중기가 87.8 kg/s의 속도로 8m의 높이에서 연속누출되 는 경우에 표준조건으로 껄정한 대기 및 환경조건에서 사고결과를 해석한 결과, 제트화재에서는 화염 의 형태와 크기를 예측할 수 있었으며 누출지점으로부터 200m에서 API모델로 산출한 복사열은 약 5 kW /m2이었고 플래쉬화재가 일어날 수 있는 연소범위는 11.2-120.2 m이었다. 그리고사고결과에 미치는조업합력의 영향은조업은도보다크며 압력이 증가할수록사고결과값이 중가하였다. 이때 플래쉬화재에서 XUFL에 미치는 공정압력의 영향은 Xr.FL에서보다 약 1/10이하를 나 타내었다.
In this study, solutions for a liquid pool spreading model with continuous and instantaneous release are discussed based on the model used in the FERC's report. The effects of the release time on the liquid pool volume and radius are investigated for the continuous release. For the continuous release with the frictional resistance force in the liquid pool spreading model, the vaporization time decreases as the release time increases. On the other hand, for the continuous release without the frictional resistance force in the liquid pool spreading model, the vaporization time increases as the release time increases. These phenomena are deeply related to the pool radius. In addition, the effects of the initial pool radius for the instantaneous release in the liquid pool spreading model are discussed. For the case with the frictional resistance force in the liquid pool spreading model, as reducing release time in the model with the frictional resistance force for the continuous release, the solution for a continuous release approaches to that for an instantaneous release. On the contrary to this, the pool volume and radius for the instantaneous release without the frictional resistance force are totally different from those for the continuous release without the frictional resistance force.
본 스크리닝 방법론에서는 저장탱크 및 압력방출장치로부터 누출되는 기상흐름의 누출에 대한 대기분산 모델링 절차가 고려되었다. 본 연구는 화학장치 설비 중 염소 저장탱크의 누출유형에 따른 누출물의 물성자료들을 포함하는 누출원모델, 분산모델, 기상 및 지형자료들을 TSCREEN 모델에 입력시켜 염소가스의 풍하거리에 따른 1시간 평균 최대 지표면 농도를 산출함으로써 유해독성가스의 누출 예측 및 제어를 위한 스크리닝 방법론을 개발하기 위한 것이다. 연구결과로부터, 공기보다 무거운 가스의 분산유형은 누출물의 상태, 누출 조건, 누출물의 물리 화학적특성, 누출유형(연속 및 순간누출)에 영향을 받고 있으며, 특히 누출물의 초기(감압) 밀도 및 누출속도 뿐만 아니라 풍속에 커다란 영향을 받고 있음을 알 수 있다. 특히, 기상조건(대기안정도 및 풍속)에 따른 유해물질의 대기중 누출을 살펴보았다. 본 스크리닝 방법론은 보다 다종다양한 시나리오들을 선정하여 보편적으로 적용할 수 있는 Sliding Scale 방법론을 개발함으로써 정교한 해석 모델의 적용시 예비 가이드라인으로 활용될 수 있으리라 사료된다.
증발하면서 원형으로 퍼져가고 있는 액체에 대한 모델을 지배하는 연립 상미분 방정식은 지금까지 수치해석적인 방법으로 풀어 왔는데 본 연구에서 섭동해를 최초로 구하였다. 액체의 순간적인 누출과 연속적인 누출에 대하여 섭동 변수로써 단위면적 당 증발률을 사용하여 1차항까지 섭동해를 구하였다. 1차 섭동해의 계산 결과 풀의 부피에 대하여 초기에는 수치해와 잘 일치 하였으나 후기에는 약간의 차이가 존재하였으며 풀의 반경에 대하여는 두가지 종류의 해가 거의 일치 하였다.
연속 이온교환 평형 모델을 개발하여 원자력발전소 탈염기의 성능을 평가한 결과 특정이온의 누출 현상과 유입수 및 유출수중 이온농도 비율이 운전조건에 따라서 달라짐을 확인하였다. 본 모델은 국부 불완전 평형을 고려할 수 없으나 다성분 존재하의 경쟁적 이온교환을 묘사할 수 있는 장점을 가지고 있다.
효소를 이용하여 대구피 젤라틴 가수분해물을 연속적으로 생산하기 위해 한외여과막 반응기에서의 젤라틴 가수분해 최적 공정조건 및 한외여과막 반응기를 장시간 작동하였을 때의 효소활성 저하원인을 규명하였다. 효소농도가 0.4mg/ml까지 증가함에 따라 기절의 전환율은 증가하였으나 기질의 경우는 농도가 증가함에 따라 전환율이 감소하였다. 유량(Flux)이 클수록 전환율은 감소되었으며 잔류시간이 길수록 전환율을 증가하였다. 한외여과막 반응기 장치의 작동시 가질의 전환율은 반응시간 1시간 부근에서 최대 전환율을 나타내었으며 시간당(8시간 작동) 평균 전환율 감소는 2.1%였다. 한외여과막을 통한 효소 누출은 반응시간 10~60분 범위에서 최대였으며 6시간 이후에는 거의 누출되지 않았다. 전체 효소량 중 누출량은 $50^{\circ}C$에서 16%인데 비해 $35^{\circ}C$에서는 12%였다. 그러나 효소 누출과 기질 전환율 사이에 명백한 상호관계는 나타나지 않았다. 막에 의한 효소의 활성저하는 작동시간 120분까지 나타났으며, 이때 초기속도의 36%가 저하하였다. 연속식(CSTMR)에서 $K_m$ 값은 회분식의 그것보다 20배 큰 반면 $K_2$ 10.5배 낮았다. 최적 가수분해조건은(기질농도 10%, $50^{\circ}C$, pH 8.0, 유량 7.31ml/min, 잔류시간 82분, S / E = 50w / w) 하에서의 생산량은 효소 mg당 가수분해물이 285mg으로 회분식 44.8mg에 비해 6배 이상이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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