전산 유체 역학(CFD)을 이용한 원형 양식 사육 수조 내부 유동장 해석
Analysis of land-based circular aquaculture tank flow field using computational fluid dynamics (CFD) simulation
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초록
이 연구에서는 어류 서식에 적정한 수질 조건 유지와 효과적인 노폐물 처리를 위한 순환 여과식 양식 시스템을 개발하기 위해 원형 수조의 바닥면 경사(0°, 1.5° 및 3°) 및 순환수 유입 방식(수중 분사, 수평 노즐 분사, 수직 노즐 분사 및 혼합 노즐 분사)과 유입구 수(1, 2 및 4개)에 따른 수조의 유체 역학적 특성을 파악하기 위해 CFD 기법으로 유동 해석을 수행하였다. 원형 수조의 바닥 경사도가 증가할수록 수조 내부의 vortex를 감소시켜 일정한 방향으로 유동 특성을 나타났다. 순환수 유입 방식을 결과 수직 노즐 분사식이 일정한 유속 분포, 균일한 유선도 등 우수한 유동 특성을 보였다. 혼합 노즐 분사식의 경우, 수조 바닥을 따라 흐르는 내부 나선형 흐름을 보여 고형물 등을 배출구로 이동시키는 등의 자기 세정 효과를 기대할 수 있으나, vortex의 감소 효과는 수직 노즐 분사 방식에 비해 적었다. 특히 유입구 수가 4개인 경우 수조 내 유입 속도 저하를 보완함으로써 보다 균일한 유체 흐름을 나타내었다.
Abstract
The objectives of this study were to develop the optimal structures of recirculating aquaculture tank for improving the removal efficiency of solid materials and maintaining water quality conditions. Flow analysis was performed using the CFD (computational fluid dynamics) method to understand the hydrodynamic characteristics of the circular tank according to the angle of inclination in the tank bottom (0°, 1.5° and 3°), circulating water inflow method (underwater, horizontal nozzle, vertical nozzle and combination nozzle) and the number of inlets. As the angle in tank bottom increased, the vortex inside the tank decreased, resulting in a constant flow. In the case of the vertical nozzle type, the eddy flow in the tank was greatly improved. The vertical nozzle type showed excellent flow such as constant flow velocity distribution and uniform streamline. The combination nozzle type also showed an internal spiral flow, but the vortex reduction effect was less than the vertical nozzle type. As the number of inlets in the tank increased, problems such as speed reduction were compensated, resulting in uniform fluid flow.
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