단독산지지형에서 오염물질 확산에 관한 연구
Investigation on Pollutant Dispersion over a Single-Hill
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초록
2차원 종모양의 산지 주변에서의 오염물 확산에 관한 실험적 연구를 아음속 풍동에서 수행하였다. 본 연구에서는 기울기(산지 반폭에 대한 산지 높이의 비율)가 0.4와 0.7인 두 개의 2차원 산지 모형을 사용하였다. 평활 지역에 해당하는 대기경계층을 모사하였으며, 산지 모형 위치에서의 경계층 두께는 약 28cm이었다. S4H4 산지 모형의 높이(H4=4cm)에 기초한 Reynolds 수는 2.67104 이었다. 산지 주변의 평균 유속은 피토관(Pitot tube)으로 측정하였으며, 난류강도는 열선유속계로 측정하였다. 단독 산지 전방에 오염원이 있는 경우 산지 전면에서 오염물질의 농도값이 평활 지형에 비해 빠르게 감소하였다. 불어 오는 바람에 대해 오염원이 산지의 후단(rear foot)에 위치할 경우가 산지 전방에 위치한 경우에 비해 산지 후방에서 큰 농도값을 가졌다. 또한, 산지의 경사가 큰 0.7인 경우가 0.4인 경우에 비해 산지 후방에서 오염물질의 재순환을 크게 하여 다소 큰 농도값을 가진다. 같은 유동조건 하에서 Fluent를 이용하여 계산한 수치해석 결과는 실험결과와 비교적 잘 일치하였다.
Abstract
Pollutant dispersion over a smooth bell shaped two-dimensional hill was investigated experimentally in a wind tunnel. The height of two single-hill models tested in the study is 4cm and 7cm with corresponding hill slopes (the ratio of height to the width at the half-height) of 0.4 and 0.7, respectively. The two-dimensional hill model was embedded in the simulated atmospheric boundary layer over an open terrain. The Reynolds number based on the model hill height of 4cm was about 2.67104. The objectives of the present study are to establish experimental methods for the pollutant dispersion simulation in a wind tunnel and to investigate the pollution dispersion characteristics over a single hill. The pollutant concentration distributions over a flat terrain were compared with the pollutant distribution over the single hill terrain and the decreasing rate of pollutant concentration over the hilly terrain is steeper than that for the open terrain. When the pollutant source is positioned at rear foot of the hill, the pollutant concentration in the leeward surface is much stronger than that for the case of positioning ahead of the hill. The pollutant concentration over the steep hill with a slope of 0.7 is much stronger than that for the mild hill with a slope of 0.4 in the wake region behind the hill. The numerical results simulated for pollutant dispersion over the hill model are well agreed with the experimental results measured under the same flow conditions.
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