• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제23권1호
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• pp.1-13
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• 2018

A series of experiments using transparent micromodels with an artificial pore network etched on glass plates was performed to investigate the effects of flow rate on the migration and distribution of resident wetting porewater (deionized water) and injecting non-wetting fluid (n-hexane). Multicolored images transformed from real RGB images were used to distinguish n-hexane from porewater and pore structure. Hexane flooding followed by immiscible displacement with porewater, migration through capillary fingering, preferential flow and bypassing were observed during injection experiments. The areal displacement efficiency increases as the injection of n-hexane continues until the equilibrium reaches. Experimental results showed that the areal displacement efficiency at equilibrium increases as the flow rate increases. Close observation reveals that preferential flowpaths through larger pore bodies and throats and clusters of entrapped porewater were frequently created at lower flow rate. At higher flow rate, randomly oriented forward and lateral flowpaths of n-hexane displaces more porewater at an efficiency close to stable displacement. It may resulted from that the pore pressure of n-hexane, at higher flow rate, increases fast enough to overcome capillary pressure acting on smaller pore throats as well larger ones. Experimental results in this study may provide fundamental information on migration and distribution of immiscible fluids in subsurface porous media.

• 한국전산유체공학회지
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• 제12권3호
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• pp.41-46
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• 2007

Dynamic behavior of immiscible gas bubble attached to the wall in channel flow plays very important role in many engineering applications. Special attention has been paid to micro direct methanol fuel cell(${\mu}$DMFC) where surface tension becomes dominant factor with minor gravitational effect due to its reduced size. Therefore, displacement of $CO_2$ bubble generating on a cathode side in ${\mu}$DMFC can be very difficult and efficient removal of $CO_2$ bubbles will affect the overall machine performance considerably. We have focused our efforts on studying the dynamic behavior of immiscible bubble attached to the one side of the wall on 2D rectangular channel subject to external shear flow. We used Level Contour Reconstruction Method(LCRM) which is the simplified version of front tracking method to track the bubble interface motion. Effects of Reynolds number, Weber number, advancing/receding contact angle and property ratio on bubble detachment characteristic has been numerically identified.

• 자원환경지질
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• 제51권3호
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• pp.223-232
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• 2018

본 연구는 이산화탄소 지중저장 과정에서 주입 유체의 온도 변화가 심부 지질구조 내로 주입된 초임계 이산화탄소의 거동과 대체율에 미치는 영향을 정량적으로 규명하기 위하여 초임계 이산화탄소 대체 유체인 헥산을 적용한 마이크로모델 실험을 수행하였다. 본 실험에서는 탈이온수로 포화된 마이크로모델 내부로 헥산의 주입이 개시되는 시점부터 헥산과 공극수의 분포가 평형상태를 이루는 시점까지의 비혼성 대체 과정을 시각적으로 관찰하였다. 실험을 통하여 획득한 이미지는 분석 프로그램을 통하여 전체 공극 구조에 대한 헥산의 대체 면적비를 산정하는데 사용하였으며, 단일 공극 규모에서와 거시적 규모에서의 헥산과 공극수의 거동 및 분포 분석을 통하여 주입 유체의 온도가 비혼성 대체 과정에 미치는 영향을 규명하였다. 주입 유체의 온도 변화에 따른 관측 실험의 결과, 온도가 증가함에 따라 점도, 밀도, 계면장력 등과 같은 유체의 물성 및 공극 구조에 작용하는 모관압의 변화로 인하여 헥산의 대체 면적비는 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 실험 결과는 효율적인 이산화탄소 지중저장을 수행하기 위해서는 이산화탄소 주입이 이루어지는 심부 지질구조의 환경 및 주입 조건에 대한 이해가 필수적임을 시사하였다.

• 자원환경지질
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• 제54권1호
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• pp.105-115
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• 2021

대규모로 포집된 이산화탄소를 고갈된 석유·가스 저류층, 대염수층과 같은 심부 지질구조에 주입하는 이산화탄소 지중저장은 대기중 CO2 배출을 저감하기 위한 가장 유망한 기술 중 하나로 연구되고 있다. 이산화탄소 지중저장은 공극수로 포화된 다공성 지질 구조 내부로 초임계상 이산화탄소를 주입함으로써 그 흐름이 공극수와 비혼성 대체를 일으키며 진행된다. 따라서, 공극 구조 내에서 초임계상 이산화탄소와 공극수의 거동과 분포, 그리고 그 결과로 나타나는 대체효율은 두 유체의 상호작용에 의해 좌우되는데, 특히, 점성력과 모세관력은 지질 구조 내부의 환경 조건과 주입 조건에 의해 결정된다. 본 연구에서는 상온상압조건에서 대체유체를 수적법에 적용하여 고온고압조건에서 계면활성제가 초임계상 이산화탄소와 공극수 간 계면장력에 미치는 영향을 산정하였다. 또한, 다공성 매체 내에서의 비혼성 유체의 거동과 분포 양상을 관찰함으로써 계면활성제 농도가 초임계상 이산화탄소의 대체율에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위하여 초임계상 이산화탄소와 공극수의 대체 유체로서 헥산과 탈이온수를 적용하는 마이크로모델 실험을 수행하였으며, 공극 구조 내로의 헥산 주입에 의한 탈이온수의 대체 과정을 정량적으로 분석하기 위하여 이미징 시스템을 통해 두 유체의 비혼성 대체 양상에 관한 이미지를 확득하여 분석하였다. 실험의 결과는 계면활성제의 첨가는 낮은 농도에서도 헥산과 탈이온수 간 계면장력을 급격하게 감소시키며 이후 농도가 증가함에 따라 일정한 값에 접근하는 양상을 보여주었으며, 이러한 변화는 다공성 매체 내부의 공극 규모에서 진입 유체의 흐름 경로에 직접적인 영향을 미침으로써 평형 상태에서 헥산의 대체율에도 동일한 효과를 나타내는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 다공성 매체 내에서 일어나는 비혼성 유체의 대체에 관한 중요한 정보를 제공하며, 계면활성제의 적용이 이산화탄소 지중저장의 효율을 향상시킬 수 있는 가능성을 보여주었다.

• 자원환경지질
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• 제52권1호
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• pp.37-48
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• 2019

이산화탄소 지중저장 수행 중 저류층 내부에서 나타나는 비혼성 유체의 대체 과정은 다공성 매체의 공극 표면에 대한 각 유체의 습윤 특성에 따라서 배수(drainage)와 흡수(imbibition)로 구분되는데, 각 과정 동안 나타나는 비혼성 유체 간의 거동 및 포획 양상을 이해하는 것은 주입 효율성 및 저장 안정성을 평가하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 다공성 매체 내 주기적인 배수와 흡수 과정의 수행을 통해 공극 구조 내 비혼성 유체의 거동 양상 및 분포의 변화를 분석하고자 하였다. 이를 위하여 2차원 마이크로모델 내부로 이산화탄소와 공극수의 대체 유체로서 선정된 헥산과 탈이온수를 주기적으로 교차 주입하는 실험을 수행하였다. 관측 결과를 이용하여 각 유체 주입 과정에서 나타나는 두 비혼성 유체의 거동 양상을 비교 분석하고, 잔류 유체의 포화도를 산정하였다. 분석의 결과로서 헥산과 탈이온수의 잔류 포획 유형을 기작에 따라 습윤성(wettability), 모관압(capillarity), 막다른 공극(dead end zone), 포위(entrapment) 그리고 우회(bypassing)로 구분하였다. 또한, 교차 주입이 거듭됨에 따라 공극 구조 내에서 주입 유체의 흐름 경로는 주 흐름 경로(main flow channel)를 중심으로 단순화되었으며, 이로 인하여 주입 유체의 대체 효율은 일정한 값으로 수렴하였다. 실험적 관측과 분석의 결과는 실제 이산화탄소 지중저장 환경에서 습윤성-비습윤성 유체의 주기적인 교차 주입이 야기하는 저장층 내 비혼성 유체의 거동과 분포, 그리고 주입 유체의 대체 효율을 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 공업화학
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• 제10권1호
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• pp.160-165
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• 1999

Gel 표준 물질의 핵자기 공명적 완화 성질들이 다공성 매체내 유체의 핵자기 공명적 완화 성질들과 잘 부합될 수 있기 때문에, agarose gel은 다공성 매체내 유체의 성질을 측정하기 위한 표준 물질로 사용될 수 있다. 다공성 매체의 세공도(porosity)와 포화도(saturation)를 결정하기 위한 표준물질의 사용을 논의하였고, gel의 핵자기 공명적 성질에 대한 필요조건들도 제시하였다. 2.0 Tesla에서 측정된 agarose gel의 완화시간은 agarose 농도와 상자기성 불순물의 ($CuSO_4$) 농도 함수로 표시하였고, agarose gel 조성과 완화시간 사이의 실험적 결과를 나타내었다. 세공도 분포에 대한 평균값은 17.7%이고, 이 값은 중량 분석법에 의해 계산된 값과 잘 일치한다. 끝으로, agarose gel을 표준 물질로 사용한 비혼화성 2상 유체실험을 수행하였다. 포화 profile들은 균일한 다공성 매체내에서 일차원 치환실험을 했을 때 계산된 결과와 잘 일치하고 있다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2002년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.163-166
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• 2002

The concurrent injection of cosolvent and air, a cosolvent-air (CA) flood was recently suggested for a dense nonaqueous phase liquid (DNAPL) remediation technology. The objectives of this study were to elucidate the DNAPL removal mechanisms of the CA flood and to quantify mass transfer rate coefficients during CA flooding. DNAPL removal mechanisms were examined by evaluating the effects of air flow rate and DNAPL solubility and visually documented at a pore-scale. Two serial processes, immiscible displacement and dissolution, were experimentally and visually documented during CA flooding. Mass transfer rate coefficients (K) were computed from the data showing PCE saturation versus time. Results showed that CA floods exhibited higher K values than cosolvent floods without concurrent air injection. (This document has not been subjected to Agency review and therefore does not necessarily reflect the views of the Agency, and no official endorsement should be inferred.)

• 한국전산유체공학회지
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• 제20권1호
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• pp.1-9
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• 2015

A developed code is applied to simulate relative motion of floating bodies in a side-by-side arrangement, including effects of a fender and a hawser. The developed code is based on the flux-difference splitting scheme for immiscible incompressible fluids and the hybrid Cartesian/immersed boundary method. To validate the developed code for free surface flows around deforming boundaries, the water wave generation is simulated, which is caused by bed movement. The computed wave profile and time histories of wave elevation are compared with other experimental and computational results. The effects of a fender and a hawser are modeled by asymmetric force acting on the floating bodies according to a relative displacement with the bounds, in which the fender and the hawser exert no force on the bodies. It has been observed that the floating body can be accelerated by a gap flow due to a phase difference caused by the free surface. Grid independency is established for the computed time history of the body velocity, based on three different size grids.