Turbulence model and lagrangian particle dispersion model for pollutant transport in the sea breeze

구윤서 안양대학교 자연과학연구소 1996 自然科學硏究 Vol.3 No.-

해풍에 의한 오염물질의 이동현상을 해석하기 위한 난류모델과 라그란지안 입자 모델을 개발하였다. 모델의 신뢰도를 검증하기 위해서 실험실 수조에서 해풍을 발생시켜 모델의 계산과 비교한 결과, 본 모델이 해풍의 유동특성을 잘 모사하고 있는 것을 확인하였다. 또한 실제 대기에서 해풍과 비교한 결과 모델 계산이 관찰된 해풍의 특성을 잘 재현하고 있다. 낮에 공장에서 배출된 오염물질은 해풍을 따라서 육지쪽으로 침투한 다음, 해풍전면에 형성되는 상승류를 따라서 위로 올라가서, 밤중에는 Return flow를 따라서 바다쪽으로 되돌아가서 바다 위에 잔류 오염물질을 형성한다. 이 잔류오염물질은 다음날 해풍이 발생하면, 해풍을 따라서 재유입되면서 지표면에서 매우 높은 오염물질의 농도를 나타낸다. 또한 해안가에 형성되는 열경계층을 따라서 일어나는 Fumigation 현상도 높은 지표농도를 발생시키는 요인이다. A mathematical model based on the modified 2.5 level turulence closure for the buoyancy driven atmospheric flows is developed from the algebraic stress approach of Gibson and Launder (1978). The model is shown to have wide applicability under various atmospheric conditions (Koo, 1993) and is used to evaluate flow and pollutant transport in the sea breeze. The mathematical model is compared to a water tank laboratory model which employs the anglogy of the sea breeze as a gravity current. The comparisons of the physical and mathematical models are focused on the recycling of pollutants by the reverse flows aloft, the fumigation of elevated pollutants to the ground by the mixed layer growth, and the inland penetration of the sea breeze as a results of frontal dynamics. The Lagrangian particle dispersion model coupled with the modified turbulence closure, which does not employ the empirical correlations and measurements of velocity variances and Lagrangian time scale, shows good agreement with the observations.

CALPUFF model과 ISCST3 model을 이용한 악취모델링 기법 연구

구윤서,김성태,김용규,송선호 안양대학교 산업기술연구소 2002 自然科學硏究 Vol.9 No.-

악취는 인간의 후각기관에 의해 감지되기 때문에, 대상 지역의 평균농도(Average Concentration) 보다는 악취의 특성상 순간적인 농도인 첨두농도(Peak Concentration)가 중요한 의미를 갖는다. 따라서 이것을 모델링에 적용하기에는 많은 어려움이 있다. 이를 해결하는 것이 이 연구의 주된 과제라 할 수 있다. 현재 국내에서 환경영향평가에 많이 사용되고 있는 ISCST3 Model (Industrial Source Complex Short Term 3 Model)과 CALPUFF Model (California Puff Model)을 사용하여 첨두농도(Peak Concentration)를 고려한 관능악취도(Odor Intensity)를 두 가지 방법으로 산정 하였다. 첫 번째로는 오염원에서 배출되는 물질의 농도를 이용하는 방법과 다른 하나는 종합악취도 개념으로 악취농도(Odor Concentration)를 이용하여 관능악취도를 산정하는 것이다. 위의 두 가지 방법을 ISCST3 Model과 CALPUFF Model에 적용하여 모델링을 수행한 후 나온 기여농도를 첨두농도로 환산한 후 관능악취도를 계산하였다. 이와 같은 이론 배경을 바탕으로 현장 적용성을 파악하기 위해서 수도권매립장의 한 지점에서 가상의 가스배제공이 있다고 가정하고, ISCST3 Model과 CALPUFF Model에 동일한 조건으로 모델링을 수행하여 매립장 주변에 미치는 관능악취도를 각각 산출해 비교 검토하였다. 그 결과 두 모델에서의 차이는 크지 않았으나 기여농도와 첨두농도 사이에는 상당한 차이를 보였다. 결과적으로 악취모델링을 수행함에 있어서 기여농도만을 고려하는 것은 관능악취도를 과소평가 할 우려가 있으므로 배출원 특성을 고려한 첨두농도로 관능악취도를 평가하는 것이 타당하다고 판단된다. In order to manage the odor related public complains effectively, the estimation of peak ground-level concentration which is capable of predicting the intermittent maximum response less than 10 seconds is very important. However, peak rather than 3 minute or 1 hour average concentrations are not easily predicted by current air dispersion models such as SCST3 (Industrial Source Complex Short Term - version 3) and CALPUFF (CALifornia Puff) models. According to the field and wind tunnel measurements, the intensity of the peak concentration depends on the emission source type, downwind distance and atmospheric stability. The odor modeling methods to predict the peak concentration were reviewed and the detailed procedure for the odor modeling was explained in this study. In order to compare the conventional air dispersion models with the oder models, the odor concentrations with various modeling techniques under the identical emission and meterological conditions were calculated. The peak concentration shows highest value than the 3 minutes or 1 hour average concentrations. The predicted odor concentrations by the CALPUFF model are higher than those predicted by the ISCST3 model since the CALPUFF model reflects the time-dependent movement of the plume. It is recommended that using the peak concentration with the CALPUFF model rather than 3 minutes or 1 hour average concentrations is more reasonable approaches to manage the odor problems.

고온 실내환경의 자연환기효과에 대한 수치해석 연구

구윤서,신동윤,이정주 용인대학교 자연과학연구소 1998 自然科學硏究所論文誌 Vol.3 No.2

This study was predicted of ventilation effects from natural ventilation using windows at high temperature passage. Predict method was numerical model simulation by using RNG (Renormalization Group) k-ε turbulence model, because well describe in heat turbulent phenomenon. Result of this study, if exclude heat flux and open a all windows, predicted not over 40℃ in passage temperature at outdoor air temperature 34℃ in summer season.

다지관내 유체거동 수치 해석

구윤서 안양대학교 1997 논문집 Vol.17 No.-

발전소 냉각수 급수용 다지관내 정체영역의 발생여부 및 운영방법에 대해서 수치해석을 이용하여 연구하였다. 다지관에 연결된 5개의 유입구중에서 다지관의 양 끝에 위치한 1번 및 5번 유입구가 폐쇄되었을 때 양 끝에 크게 정체지역이 형성되는 것으로 나타났다. 이와 같은 정체지역은 A 및 B-type의 다지관에서 모두 나타나고 있다. 따라서 다지관 양 끝에 형성되는 정체지역을 최소화하기 위해서는 유입구의 Valve 조작시 가능하면 양 끝에 위치한 1번 및 5번 유입구의 Valve를 개방하여 조업을 해야 한다. 또한 유출구가 중앙에 윟치한 B-type다지관이 관내 마찰력과 충돌압력을 최소화 할 수 있는 형상으로 타당하다고 판단되며, B-type의 다지관의 운영시 양 끝의 유입구를 개방하면 다지관내 정체지역을 줄일 수 있다고 사료된다.

자동차 선오염원 확산 모델 CAL3QHCR 소개 및 국내 적용에 관한 연구

구윤서,정필수,김아름,이임학 안양대학교 산업기술연구소 2001 自然科學硏究 Vol.8 No.-

현재 우리나라의 환경영향평가에서 약 40%이상이 도로건설환경영향평가를 차지하고 있다. 도로환경영향평가에서 자동차로부터 배출되는 오염물질이 도로주변에 미치는 영향을 예측하기 위해 국내에서는 주로 CALINE3를 이용한다. 그러나 CALINE3는 기상 data의 입력이 특정조건의 1시간 기상자료만 입력되는 단점이 있다. 그래서 본 연구에서는 CALINE3의 단점을 보완해 기상 data를 1시간 간격의 1년 data로서 입력할 수 있으며 교차로의 해석이 가능한 CAL3QHCR모델로 소개하고 국내에서의 적용가능성에 대해 평가하였다. 도로환경영향평가에서 많이 사용하는 CALINE3를 이용하여 계산한 CO농도와 실제 1년 기상자료를 입력하여 CAL3QHCR로 계산한 CO농도를 비교 분석 한 결과 CAL3QHCR의 농도가 높게 나타나는 경향을 볼 수 있었다. 그 이유는 실제 기상현상은 CALINE3를 이용한 영향평가에서 쓰이는 악조건의 기상자료 보다 낮은 풍속 및 안정한 대기 상태가 발생하기 때문이다. 또한 CAL3QHCR을 이용하여 교차로를 해석한 결과, 도로 중심부에서 교차로를 고려하였을 경우가 최고 농도 8.2ppm으로 교차로를 고려하지 않고 모델링한 결과보다 3배정도 높게 나타났다.

광양제철소 화력발전소 온배수 3차원 확산 연구

구윤서 안양대학교 자연과학연구소 1998 自然科學硏究 Vol.5 No.1

본 연구에서는 3차원 유동 및 열확산 모델로 화력발전소 온배수의 학산에 대해서 상세 계산을 수해하였다. 제1차 계산에 고려한 배수로는 노출형이고, 배수구의 단면은 높이가 5m이고 폭도 5m이다. 계산할 결과 Flood tide시 온배수가 취수구 상단의 해수면까지 확산하나, 그 온배수의 깊이가 해수면으로부터 1.5m 이내로 낮기 때문에 정상적인 조류 조건에서는 직접적인 냉각수 재순환은 발생하지 않는다. 그러나 조류조건이 불안정할 경우에는 냉각수 재순환이 발생할 가능성이 크다. 또한 계산 결과 노출형 배수로는 POSCO해안을 양분하여 북동쪽 해안가 근처에 정체지역을 형성하고, 조류흐름을 방해하여 온배수의 열확산 측면에서도 좋지 않은 영향을 주고 있다. 배수로를 매립할 경우에는 조류흐름에 정체지역이 형성되지 않고, 열혼합이 배수구 부근에서 촉진되므로 냉각수 재순환이 일어날 가능성을 배제할 수 있다. 따라서 배수로는 매립형으로 설계하는 것이 타당하며, 배수구의 단면은 A(5mx5m), B(8.4mx1m), C(6mx1m) 및 D-type(5mx1m) 중 시공, 보수 및 유지의 용이성 등을 고려하여 선택하는 것이 바람직하다. This study was carried out to investigate thermal dispersions of the hot cooling water from power plant by a three dimensional model. The model was applied to a open outlet waterway with a cross section of 5m height and 3m width. The initial calculations showed that there was no recirculation between the inlet and outlet waterways but the hot cooling water decharged from the outlet fromed the dead water flow zone near the north-eastern side of POSCO port. Since the initial design for the outlet waterway displayed problems of the dead zone and the determent of tidal flows, new designs for the outlet waterway were proposed. The closed type and deep sea deschage type outlets were desinged to promote the thermal mixing before the hot water from the outlet reached the sea surface. The model calculations showed that these closed and deep discharge types were appropriate designs for the outlet in POSCO power plant.

The water tank Experiment on the thermal internal boundary layer of a sea breeze

구윤서 안양대학교 자연과학연구소 1997 自然科學硏究 Vol.4 No.-

해안가에서 육지와 바다간의 표면온도차이에 의해서 해풍이 형성되고, 이 때에 육지쪽으로 불안정한 구조를 갖는 열경계층이 발달한다. 이 열경계층은 육지쪽에서 오염물질의 지표농도를 결정하는데 매우 중요한 역할을 한다. 해안가에 위치한 높은 굴뚝에서 배출되는 오염물질이 열경계층과 만나면, 곧바로 지표로 하향 혼합이 발생하여 매우 높은 지표농도를 형서한다. 이와같이 중요한 의미를 갖는 열경계층을 계산하기 위해 문헌상에서 제시된 여러 모델들을 수조실험에 측정한 열계층의 값을 이용하여 비교하여 최적의 모델을 발견했다. 가장 적절한 모델은 Raynor의 모델로 나타났다. A Thermal Internal Boundary Layer(TIBL) develops over the landside from the coast due to the surface temperature difference between the land and the sea. The TIBL plays an important role in determining the pollutant concentrations where the flume emitted from a tall stack near the coast fumigates to the ground. The fumigation results in the high ground level pollutant concentration. The TIBL models available in the literature were analyzed to identify the suitable model to apply in the fumigation. The heights predicted by the models were compared with the measurements in the water tank experiment. The results show that the TIBL models by Raynor is appropriate to predict the height of TIBL.

대기확산모델(AirMaster)을 이용한 울산 산단 지역의 아황산가스(SO₂) 대기환경용량 산정 연구

구윤서,박찬희 안양대학교 산업기술연구소 2004 自然科學硏究 Vol.11 No.1

정부 주도로 추진된 중화학공업 육성시책에 따라 조성된 울산지역의 산업단지 지역은 오랜 기간 동안 다양한 오염물질을 대량으로 배출하였다. 특히 SO_(2)는 최근 2~3년 내에 순간 오염도도 일부 측정소에서 단기간 환경기준을 초과하였으며, 타 도시 지역과 비교하여 상대적으로 오염도가 높은 것으로 나타났다. 이러한 울산 산단 지역의 대기질 개선을 위한 선행연구로, 울산 산단 지역에서의 SO_(2) 대기오염도 현황을 조사하고 고농도가 자주 발생되거나 그러할 가능성이 높은 기간에 대하여 배출량 기여도 평가와 함께 대기 확산 모델(AirMaster)을 이용하여 안정적으로 대기환경기준을 달성할 수 있는 수준의 대기환경용량을 산정하였다. 또한 대기환경용량 유지에 적합한 대기질 배출량의 삭감량을 산정하였다. 각각의 모델 수행 기간 모두 면오염원이 약 40% 정도의 기여도를 나타냈고, 점오염원에서는 석유정제시설과 제조업-연소시설이 큰 비율을 차지하는 것으로 파악되었다. 이것으로 보아 울산 산단 지역은 면오염원에서 일정 수준 이상의 오염도를 유지한다는 것과 점오염원 중 대형 배출 시설에 의한 오염도가 최고 농도를 결정하게 된다는 것을 알 수 있었다. The Ulsan industrial complex discharged various pollutants at the large facilities during long duration. Specially, it appeared that the SO_(2) emission of the Ulsan area was higher than that of the other city area. In this research, critical loads of atmospheric environmental to meet the ambient air quality standards were estimated by using air dispersion model-AirMaster. And it bought reduction of SO_(2) emission in order to be below air environmental standards. Among model execution results in area source, it showed about 40% effect degree, in point source, it appeared with the fact that the oil refining facility and combustion facility is the highest.

산유체모델에 의한 Building downwash 현상 해석

구윤서,최상민,이진호,윤희영 안양대학교 산업기술연구소 2000 自然科學硏究 Vol.7 No.-

본 연구에서는 굴뚝주변에 위치한 건물에 의한 세류현상을 보다 정확히 모사하기 위해서 전산유체모델을 이용하였다. 계산 신뢰도를 검증하기 위해서 전산모델 계산치와 1993년 Thompson의 추적자 실험에 의한 실측치 및 대기 환경영향평가에 많이 사용되는 ISCST3 모델 계산치와 각각 비교하였다. ISCST3에서는 건물의 영향을 고려하기 위하여 BPIP을 이용, 건물의 높이와 폭을 결정하여 모델링을 수행하였다. 전산유체모델에서는 건물을 형상화시키고 굴뚝에서 오염물질을 배출시켜 확산 계산을 하였다. 전산유체모델로 모사한 결과, 건물의 후면에 wake가 발생하는 것을 볼 수 있었고, wake zone의 길이는 건물 높이의 약 2배가 되었다. 오염물질 농도를 비교한 결과 ISCST에서는 최대 농도값과 착지점이 일치하지 않았으나, 전산유체모델로 계산한 결과는 추적자 실험치와 거의 일치한 값을 나타냈다. This study used the computational fluid dynamic(CFD) for describing a dispersion influenced by building downwash. We compared calculated concentrations with Thompson's tracer experiment and ISCST3 models. In calculating ISCST3 model, BPIP(Building Profile Input Program) was used to estimate building heights & widths corresponding to a specific wind direction. Results show that ISCST3 model is not appropriate to describe the building downwash but CFD model, which calculates the flow fields and dispersions simultaneously, is in good agreement with tracer measurements. In order to describe the dispersion induced by building wake near the stack, it is recommended to use CFD model.

Comparisons of Models for Thermal Internal Boundary Layer Height Based on Measurements of the water Tank Experiment

Youn Seo Koo,Hee Young Yoon 한국대기환경학회 2000 한국대기환경학회지 Vol.16 No.E