CFD 수처리 공정 설계

CFD(computational Fluid Dynamic)란, 유체를 포함하는 하나의 시스템에서 유체의 흐름, 열전달 등과 같은 현상들을 유체역학과 수치해석을 병합시켜 수학적으로 풀기 어려운 비선형 방정식들의 근사해를 구하는 학문으로 유체유통을 가시화하거나 원하는 물리량을 계산하는 유체역학의 한 분야임.

CFD를 활용하는 경우, 정수처리 공정 및 상수도 관망 내 시설물에 대해 여러 운전인자와 설계인자 등을 고려하여 실험 및 진단을 실시하는 것에 비교하여 시간과 비용을 절감할 수 있음.

상하수도시스템 연구실에서는 CFD 유동해석을 실시하여 송수 펌프 계통의 적정여부를 판단하고 문제점을 분석하였으며,
배수지 모델링에 관한 연구를 수행하였음.

< CFD를 이용한 배관 흐름 분석(예) >

관망최적설계

관망최적설계란, 수리학적 제한조건(절점의 수압, 관로의 유속)을 만족하는 범위에서 비용을 최소화하는 관망을 설계하는 것으로
유전알고리즘(Genetic Algorithm), 개미군집알고리즘 (Ant Colony Optimization Algorithm)등 최적화 기법을 적용하여
설계할 수 있음.

최적화 기법으로 많이 사용되는 유전알고리즘은 생명체의 자연 진화법칙을 일반적인 최적화 문제에 적용한 방법으로,상하수도시스템 연구실에서는 NSGA ll(비지배분류 유전알고리즘ll)를 이용하여 최소 설계 비용하에 신설/기존 배수관망의 물공급 리스크 최소화를
위한 (재)설계모델을 연구한 바있음.

용수수요예측 및 수요관리

Water and Energy (UN World Development Report, 2014)는 전 세계 물 수요가 2050년이 되면 55%까지 증가할 것으로 예상되어 이로 인해 전 세계 인구 중 40%는 심각한 물 부족을 겪을 것으로 예상하였으며, 전 세계 대수층의 20%가 과도하게 개발되면서 지하수 공급이 현저히 감소할 것으로 예상함. 이를 고려하여 물 부족문제를 해결하기 위해서는 효율적인 용수 수요예측 및 수요관리에 관한 연구가 대두됨.

상하수도시스템 연구실에서는 단기 물 수요 예측 기반 송수펌프의 최적운영 기법, 장기 물 수요 예측 기반 배수관망의 수용용량 평가 등 연구를 수행하였음.

< Y배수지에 대한 물 수요의 주가성분(예) >

상하수도 시설운영 에너지 최소화기술

상하수도 시설물은 사회기반시설물로서, 급격한 도시화로 인해 시설물의 규모가 확대됨에 따라 에너지 소비량도 매년
증가추세에 있음.

상수도관망 시스템의 에너지 사용 절감을 위한 방안으로 펌프장 최적 운영 등이 있으며, 하수도관망 시스템의 에너지 사용 절감을
위한 방안으로 도시침수 사전 예방 기술이 있음.

상하수도시스템연구실에서는 송수펌프의 최적운영기법을 개발하여 최적운영에 따른 전력절감비용을 산출하였으며,
급수방식 전환에 따른 전력저감량 예측모델을 개발함.