준설토 배송관로 내에서의 개질재 혼합효율에 대한 CFD 해석

Abstract

본 연구는 준설매립과정에서의 관중혼합 거동을 3차원 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 통해 분석한 연구로 준설토 배송관과 개질재 주입관이 합류하며 발생되는 이상(2-phase)유체의 혼합효율을 사전 평가함으로써 관중혼합 양상을 고찰하는 물리실험의 시행착오를 줄여 경제성을 증진시키는데 연구목적을 두고 있다. 수치해석에 이용된 CFD 코드는 OpenFOAM<TEX>$^{(R)}$</TEX>이고, 몇 가지의 기본가정 하에 배송관-주입관의 관경과 합류각을 변화시켜 총 18가지 경우에 대한 삼상(3-phase)유체 거동을 모의하였다. 그 결과 혼합효율에 대한 우열은 있었으나 그 차이는 미미하였고, 모든 경우에서 각 재료 사이의 경계층이 뚜렷하게 형성되었다. 이러한 현상을 극복하기 위한 보완 실험을 통해 경계층 파쇄(破碎)를 위한 관 내 부속 구조물이 고안되었으며, 본 연구에서 제시된 구조물은 단거리 배송관로 내 준설토와 개질재의 혼합효율을 크게 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. This study utilised Computational Fluid Dynamics(CFD) for preliminary assessment of mixing efficiencies of 2-phase fluids in a pipe at which a slurry flow and an injected solidifier join, for the purposes of reducing trial-and-error-based instances of physical experiments and conducting the overall research in an economical way. Using OpenFOAM<TEX>$^{(R)}$</TEX>, we simulated behavior of 3-phase fluids under 18 different settings generated by changing diameters of a dredged soil transportation pipe, a quality improving material injection pipe and the confluence angle. While difference in mixing efficiencies amongst the instances was insignificant, discernible boundary layers amongst the materials were observed in all of the instances. In order to break the boundary layers, we designed a substructure inside a pipe and found out that it could remarkably improve mixing efficiencies particularly for short distance applications.