입자상오염물의 특성
입자상오염물의 특성
3-1. 기체 특성기술
기체 특성기술 기체 특성기술
1. 성분, T, P
2. 밀도(density, r) 3. 점도(viscosity, m)
4. 레이놀드수(Reynold’s number, Re)
점도(viscosity, m)
유체이동에 따라 발생하는 저항력 :
×
=
×
=
▶ 온도에 따른 변화 : 액체 T ® m¯
기체 T ® m
Laminar flow(층류) of
cigarette smoke becoming turbulent(난류)
Re (유체역학, Fluid Dynamics)
Re (유체역학, Fluid Dynamics)
층류(laminar flow)
난류(turbulent flow)
Re (유체역학, Fluid Dynamics)
=
r: 유체의 밀도(g/cm3) V: 유체의 속도(cm/s) D: 흐르는 관의 직경(cm)
m: 유체의 점도(poise, g/cm.s) Re > 4,000 난류(Turbulent flow)
유체흐름특성 유체흐름특성
(예) 20oC, 1atm 공기가 직경이 30cm인 파이프를 5m/s의 속도로 흐를때 이 유체의 레이놀드수와 흐름특성을
기술하시오.
숙제) 100oC, 1atm 공기가 직경이 직경 0.1m의 관을 유량(Q) 10m3/min으로 흐를때, 이 유체의 레이놀드수와
흐름특성을 기술하시오
3-2. 입자 특성기술
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입자상 물질의 생성(II) 입자상 물질의 생성(II)
다양한 발생원/경로
입자 특성기술 입자 특성기술
1. 다양한 크기/모양 2. 복합성분
3. 크기에 따른 특성 변화
(인체영향, 제거효율, ….)
어떻게 입자의 특성을 기술할 것인가?
입자 특성기술 입자 특성기술
1. 크기(구형가정) d p 2. 밀도(성분) r p
3. 농도
개수농도(#/cm
3
), 질량농도(mg/m3
), 표면적농도(mm2/
cm3
)입자분포도(PSD, Particle Size Distribution)
입자 농도 입자 농도
(예) 20oC, 1atm 공기에 포함된 1,000#/cm3의 입자의 농도를 표면적과 질량농도로 전환하시오. 단 입자는 dp=1mm, rp=1g/cm3인 입자를 가정하시오.
입자분포도(PSD) 입자분포도(PSD)
1. 측정 Data
: 입자 직경(입경)에 따른 농도(개수, 질량)
2. 히스토그램
: 입경(x축) vs 농도(y축)
® 넓은 입경 범위 ® log scale로(Semilog plot)
® 입경간격이 다름 ® 등간격 농도로(Normalization)
3. 통계적 표시
: 대표입경(산술평균, 기하평균, 중앙, 최빈) 과 표준편차
입자분포도(PSD) – 통계적 기술 입자분포도(PSD) – 통계적 기술
dp, μm 농도(mg/m3)
0-2 4.5
2-5 179.5
5-9 368
9-15 276
15-25 73.5
>25 18.5
920
dp, μm 농도(mg/m3) 농도/DlogDp % 누적%
0-2 4.5 4 0.5 0.5
2-5 179.5 451 19.5 20.0
5-9 368 1441 40.0 60.0
9-15 276 1244 30.0 90.0
15-25 73.5 331 8.0 98.0
>25 18.5 31 2.0 100.0
920
0 55
200 400 600 800 1000 1200 1400
반대수용지(Semi-log Plot)1600
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입자분포도(PSD)-대수정규분포 입자분포도(PSD)-대수정규분포
- 반대수 히스토그램 : 좌우대칭
® 대수정규분포(Lognormal distribution) : 대부분의 에어로졸은 대수정규분포를 이룸.
- 대수정규분포
1. 기하평균(Geometric Mean)=중앙값(Median)
2. 기하표준편차(sg/GSD, Geometric Standard Deviation)
= %
% = %
% = %
%
/
3. 대수확률(Log-probability)지를 이용 MD와 GSD 결정
대수확률용지(Log-probability Plot)
입자분포도(PSD)-대수정규분포 입자분포도(PSD)-대수정규분포
= (3 ) sg는 동일함
3-3. 입자 운동 특성기술
입자의 상대적 운동 입자의 상대적 운동
특성 입자 기체
밀도 상대적으로 큼 상대적으로 작음 운동 작용하는 힘에 상대적으로
큰 영향을 받음
열에너지(온도)에 의한 Brownian Motion이 활발 함.
충돌 충돌 후 부착 완전탄성충돌
에어로졸 내의 입자와 기체는 상대적인 운동을 하게 됨.
중력장에서 입자의 상대적 운동 중력장에서 입자의 상대적 운동
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1. 중력
= =
2. 항력(Drag Force, 공기와의 충돌에 의한 저항력) Newton’s Resistance Law
=
Stokes’s Law
=
= 1 + 2.52
3. 부력(Buoyancy Force)
=
항력 항력
- 공기와의 충돌 형태(Rep)에 의존 - =
< 1, 층류 =
1-1,000, 전이류 =
1 +
/
>1,000, 난류 = 0.44
(예) dp=2mm, rp=1g/cm3인 입자를 포함하는 20oC, 1atm 공기가 직경이 100cm인 파이프를 10m3/min의
유량으로 흐르고 있다. 이때 입자는 중력에 의해
0.01cm/s의 속도로 침강하면서 관을 통과하고 있다.
이 경우 유체의 레이놀드수와 입자의 레이놀드수를 구하시오.
항력
항력
Stokes’s Law(층류일때) Stokes’s Law(층류일때)
= 3
Cc: Cunningham(Slip) Correcting Factor
= 1 + 2.52
for dp > 0.1mm
= 1 +
2.514 + 0.800 −0.55
for dp < 0.1mm where l is 0.066mm at 20oC, 1atm air, and
중력장에서 입자의 최종침강속도
(V TS , Terminal Settling Velocity) 중력장에서 입자의 최종침강속도
(V TS , Terminal Settling Velocity)
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1. 시행착오법(Trial & Error Method)
층류/난류 가정 Vts 계산 Rep 확인
2. K factor 이용
=
/
K<3.3 층류 =
3.3<K<43.6 전이류 = . ..
.
..
K>43.6 난류 = 1.74
/
입자의 운동특성 값(I) 입자의 운동특성 값(I)
1. 최종침강속도(VTS)
2. 공기역학경(Aerodynamic Diameter)
: 최종침강속도가 동일한 단위밀도의 구형입자 직경 (대부분 입자분포도 측정장치는 공기역학경을 측정)
입자의 운동특성 값(II) 입자의 운동특성 값(II)
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3. 이동도(B, Mobility, s/g)
: 작용하는 단위 힘 당 입자의 최종속도 B =
=
= 3
= × 4. 완화시간(t, Relaxation time, s)
: 새로운 힘에 적응하는데 걸리는 시간(관성력과 관계)
= × = 18
= ×
입자의 운동특성 값(III) 입자의 운동특성 값(III)
5. 정지거리(S, Stopping distance, cm)
: 힘이 작용하지 않을 때 움직이던 입자가 정지하기 까지
입자의 운동특성 값(IV) 입자의 운동특성 값(IV)
6. 확산계수(D, Diffusion coefficient, cm2/s)
D = 3
( ) = 1.38 × 10 ∙
= 0.19 / at 20oC
̅(평균이동거리) = 2
