거대도시에서 발생하는 대기오염의 유동에 관한 해석 및 실험적 연구

Abstract

본 연구는 거대 도시에 밀집된 초고층 건물 주위의 오염된 대기의 유동 확산에 대한 연구이다. 실험을 통한 유동 가시화 결과와 Computational Fluid Dynamics(CFD)를 통한 수치해석 결과를 비교하고 분석하였다. 도시 협곡에 대한 모델링은 실험을 위해서 플라스틱 블록을 이용하여 제작하였고, CFD 해석을 위한 격자는 Gambit(FLUENT Inc.)을 이용하였다. 실험은 풍동을 이용하여 유동장을 형성하였고, 가시화를 위하여 fog generator와 초고속 CCD 카메라를 사용하였다. 건물의 위치를 4가지 경우로 설정하였고, 풍속계를 이용하여 P1, P2, P3의 3가지 측정위치에서 바닥면으로부터 높이 20 mm, 100 mm에서 유속을 측정하였다. 그리고 동일한 형태의 모델링을 기반으로 Fluent를 이용하여 유동해석을 수행하였다. 외부 유동 해석을 위해 일반적으로 많이 사용하는 standard 모델과 RNG 모델을 사용하였다. 오염원의 확산에 대한 모델링 형태는 기존의 실험과 유동장 해석 모델을 사용하였고, 자동차 배기가스와 유사한 점 형태의 오염원을 추가 하였고, 정차한 상태로 가정하여 고정된 형태로 설치하였다. 그리고 실제 도시(서울특별시 강남구 테헤란로)의 위성사진을 기반으로 한 모델을 사용하여 유동장과 농도장 해석을 수행하였다. 이 모델에서는 상습 정체구역에 해당하는 현지 상황을 묘사하기 위하여 오염원을 선형으로 배치하였다.