패턴형 평막 여과 모듈에서 막오염 저감에 관한 수치적 연구 :Numerical Study on the Fouling Mitigation for a Patterned Flat Membrane Filtration Module

김경태

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김경태 (한국항공대학교, 한국항공대학교 항공우주 및 기계공학과)

지도교수: 강태곤

발행연도: 2022

저작권: 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수10

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

패턴형 평막 여과 모듈에서 막오염 저감에 관한 수치적 연구

김경태 2022.01 학위논문

2021

패턴형 평막 여과 모듈에서 막오염 저감에 관한 수치적 연구

김경태 , 박조은 , 강태곤 대한기계학회 춘추학술대회 2021.08 학술대회자료

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본 연구에서는 CFD를 활용하여 패턴형 평막에 대한 막 오염 저감에 관하여 연구하였다. 분리막은 오염물질이나 분자량이 큰 입자 등의 용질을 용매로부터 분리할 경우 사용한다. 패턴형 평막 여과 모듈은 유입수의 유동방향과 막을 통과한 처리수의 유동 방향이 이 수직인 직 교류 여과 장치(Cross flow filtration)이며 분리막이 적용된 평판에 반복되는 패턴 표면을 적용할 경우에 나타나는 농도저감 효과에 대하여 연구하였다. 주된 관심사항은 다음과 같다.
첫째, 패턴을 적용할 경우 패턴이 유도하는 기본적인 유동 특성을 분석한다.
둘째, 패턴의 형상 및 레이놀즈 수의 변화에 따른 유동을 해석하고 분리막에서의 농도 분포 변화를 통해 농도저감 효과를 알아본다. 패턴의 형상으로는 농도저감에 가장 큰 영향을 미치는 그루브의 깊이를 변화시켰으며 레이놀즈 수 별로 분석하였다. 그루브의 깊이 및 레이놀즈 수의 변화에 따라서 농도저감 효과에 어떤 영향을 주는지를 분석하며 가장 효과적인 모델을 제시할 것이다.
셋째, 입구속도와 분리막의 막간차압을 고려하여 투과 속도 경계조건을 변화시켜 달라지는 농도 분극 저감효과에 대하여 분석한다. 분리막에서 투과 속도가 일정하게 적용되는 모델과 입구 속도에 비례하여 변하는 모델, 막간 차압에 비례하는 투과 속도 모델을 비교하며 다양한 유동조건을 고려할 경우 농도 분포 및 저감효과에 대한 수치해석 결과를 제시한다.

#CFD #분리막 #농도분극 #패턴형 평막

요약 2
그림목록 5
표목록 7
기호목록 8
제 1장. 연구배경 10
제 2장. 패턴형 평막 여과 모듈의 유동특성 14
2.1. 문제정의 14
2.1.1. 형상 및 설계변수 14
2.2. 경계조건 17
2.2.1. 지배방정식 및 경계조건 17
2.2.2. 해석 무차원수 19
2.2.3. 수치 해석 기법 및 격자구성 20
2.2.4. 격자 수렴도 확인 22
2.3. 해석결과 24
2.3.1. 기본 유동 특성 24
2.3.1.1. 카오스 이류에 의한 유동특성 24
2.3.1.2. 유동장속도 분포 28
2.3.2. 매개변수 연구 33
2.3.2.1. 패턴 무차원 그루브 깊이 변화 33
2.3.2.2. 푸앵카레 단면(Poincare section) 35
2.3.3. 분리막에서의 농도분포 38
2.3.3.1. 분리막 투과 및 패턴에 의한 입자 추적 38
2.3.3.2. 분리막 부근의 농도분포 40
2.3.3.3. Film theory 적용 44
2.3.3.4. 유동장 해석을 통한 농도분포 해석 48
2.3.4. 전단응력 분포 및 무차원 압력 강하 해석 54
2.4. 투과 속도 변경 모델 58
2.4.1. 입구 속도에 비례하는 모델 58
2.4.2. 막간 차압에 비례하는 모델 62
제 3장. 결론 67
참 고 문 헌 69

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