| 초록 |
연구개요 유기물 연료의 열화학적 변환 공정(연소 및 열분해)으로부터 생성되는 입자상 오염물질(검댕)을 모의하기 위해 에어로졸 동력학 모델과 오픈소스 전산유체 라이브러리 기반 솔버를 개발하고 이를 결합한 통합 모델을 사용하여 검댕 발생 메커니즘을 탐구하는 과제 연구 목표대비 연구결과 · 검댕입자의 생성과 성장을 모의하기 위한 모델 “Fractal Aggregate Moment Model (FAMM)” 개발 · 열변환공정을 모의하는 전산유체모델에 삽입하기에는 너무 무거워 계산시간을 감당하기 어렵다는 치명적인 단점을 가진 섹션모델보다 계산속도가 훨씬 빠른 로그정규분포 모멘트 모델을 기반으로 하여 개발 · 핵 모드는 단분산 구형 입자들로 이루어지는 반면 축적 모드는 로그정규분포를 이루는 다분산 프랙탈 aggregate 입자들로 이루어져있다는 가정 하에, 총 5개(핵 모드 1개 + 축적 모드 4개)의 변수의 변화를 추적함으로써 bimodal 프랙탈 aggregate 입자의 생성과 성장을 성공적으로 모의할 수 있음 · 개발된 검댕입자 모델은 기존 섹션모델에 비해 수십 배 빠른 계산속도를 보이면서도 프랙탈 aggregate 입자들의 형상과 크기분포를 거의 비슷한 정확도로 모의할 수 있었으며, 특히 표면성장 메커니즘이 주된 성장 경로일 경우에는 오히려 수치확산이 심한 섹션모델보다 더 정확한 모의 결과를 제공할 수 있었음 · 이러한 연구결과는 Aerosol Science 학계에서 권위있는 학술지인 Aerosol Science and Technology에 게재되었으며, 연구 과정 중에 파생된 추가적인 연구결과들 역시 두 편의 SCI급 학술지에 게재 · 개발된 검댕모델 FAMM과 결합할 오픈소스 전산유체 라이브러리 OpenFOAM 기반솔버를 개발하고 이를 바탕으로 다양한 화염에서의 검댕 발생을 종합적으로 탐구할 계획이었으나, 연구진도가 당초 계획에 미치지 못해 이를 후속과제로 신청하여 선정되어 2019년 11월부터 수행 중 연구개발결과의 중요성 · 검댕 입자의 크기분포 및 형상 결정 요인에 대한 이해의 폭을 넓힘으로써 검댕 입자의 인체 위해성 평가에 기초 자료로 활용 · 도심 미세먼지의 주요 유해성분이며 주요 지구온난화 물질이기도 한 검댕의 환경 영향을 정량적으로 추정하는 데 기초 자료로 활용 · 바이오매스 열분해를 통한 연료 생산 상용화를 위한 오염물질 생성 억제 대책 마련에 활용 · 자동차 매연 저감 정책 수립을 위한 기초자료로 활용 · 내연기관과 같은 복잡한 열화학적 변환 장치에서의 검댕 입자 생성 모델링을 위한 이론적 토대로 활용 · 연소 환경 변화를 통해 디젤 엔진의 오염물질 배출 감축을 꾀하는 연구(예: 연료분사장치 개발)의 핵심 도구로 활용 (출처 : 요약문 2p) |
