Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

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Evaluation of Economic L/W Ratio and the Best Shape of Baffle in Clearwell by Using CFD

전산유체를 활용한 정수지 최적 도류벽 형태 및 경제적인 장폭비 산정

  • 조영만 (부산광역시상수도사업본부 수질연구소) ;
  • 노재순 (부산광역시상수도사업본부 수질연구소) ;
  • 빈재훈 (부산광역시상수도사업본부 수질연구소) ;
  • 김태균 (서울특별시 상수도연구원) ;
  • 최영준 (서울특별시 상수도연구원)
  • Received : 2011.05.24
  • Accepted : 2011.06.26
  • Published : 2011.06.30
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Abstract

We need to make the standard of the best baffle shape and L/W ratio of clearwell due to insufficient disinfection in short L/W ratio and uneconomic design in long L/W ratio. The objectives of this research were to evaluate the best shape of baffle and economic L/W ratio in the all sorts of shape and size by using computational fluid dynamics. In the results of this research, the baffle with smaller number of turning flow is more beneficial for hydraulic efficiency. So, even if the same shape and structure, baffle should be designed as smaller number in turning flow. The best shape of baffle is ZigZag type (model 2) and the worst shape is Distributed types (model 4). The ZigZag type can reduce number of baffle about 67% than that of the Distributed types. In the ZigZag type, economic L/W ratio is 30~50. If L/W ratio exceed over 50, it is not economic because construction costs greatly increase and an increasing rate of $T_{10}/T$ is very small.

현재 국내 정수지 도류벽은 형태와 장폭비에 대한 명확한 기준이 없고 장폭비가 너무 작아 소독능을 만족하지 못하거나 지나치게 큰 장폭비로 비경제적인 설계를 하는 등 많은 혼란을 겪고 있어 수리적으로 유리한 도류벽의 형태와 경제적인 장폭비를 결정하는 것이 시급한 실정이다. 본 연구는 다양한 도류벽의 형태와 장폭비에 대해 전산유체역학 기법을 활용하여 수리적으로 가장 유리한 도류벽의 형태를 제시하고 가장 경제적인 장폭비를 도출하였다. 연구결과, 정수지내 도류벽의 형태는 동일한 형태와 구조라 하더라도 수류의 방향전환 횟수가 적은 구조가 수리적으로 유리하다. 둘째, 최적 도류벽 형태는 좌우 우류식(model 2)이며 최악의 형태는 두 방향으로 분산되고 다시 모아지는 분산형(model 4) 형태이다. 좌우 우류식은 분산형보다 도류벽의 개수를 67% 정도 줄일 수 있다. 셋째, 좌우 우류식 도류벽인 경우 경제적인 장폭비는 30~50이며 50을 초과할 경우 공사비 대비 $T_{10}/T$ 값의 증가량이 미미하여 경제적이지 못하다.

Keywords

References

  1. Bishop Mark M., "Improving the disinfection detention time of a water plant clearwell," J. AWWA, 85(3), 68-75(1993).
  2. Mark M. Clark, Improving clearwell design for CT compliance AWWARF and AWWA(1999).
  3. Imad A. Hannoun et. al., "Using hydraulic modeling to optimize contact time," J. AWWA, 90(8), 77-87(1998). https://doi.org/10.1002/j.1551-8833.1998.tb08487.x
  4. 신은허, 김성훈, 박희경, 안재찬, 최재호, 최영준, "정수지의 형상과 유입유량이 $T_{10}$에 미치는 영향 연구," 대한상하수도학회, 19(6), 819-826(2005).
  5. 김선진, 김성수, 박노석, 차민환, 왕창근, "Transient CFD 모사기법을 이용한 정수지 최적설계 연구," 대한상하수도학회, 24(4), 425-432(2010).
  6. 신은허, 이승재, 김성훈, 박희경, "정수지 내부 단락류 발생 평가," 대한상하수도학회, 22(1), 10-112(2008).
  7. Cao, Z., Wiley, D. E. and Fane, A. G., "CFD simulations of net-type turbulence promoters in a narrow channel," J. Membr. Sci., 185, 157-76(2001). https://doi.org/10.1016/S0376-7388(00)00643-8
  8. Cockx, A., Do-quang, Z., Line, A. and Roustan, M., "Use of computational fluid dynamics for simulating hydrodynamics and mass transfer in industrial ozonation towers," Chem. Eng. Sci., 54(21), 5085-5090(1999). https://doi.org/10.1016/S0009-2509(99)00239-0
  9. Panneerselvam, R., Savithri, S. and Surender, G. D., "CFD simulation of hydrodynamics of gas-liquid-solid fluidised bed reactor," Chem. Eng. Sci., 64(6), 1119-1135(2009). https://doi.org/10.1016/j.ces.2008.10.052
  10. Brouckaert, C. J. and Buckley, C.A., "The use of computational fluid dynamics for improving the design and operation of water and wastewater treatment plants," Water Sci. Technol., 40, 81-89(1999).
  11. Crozes, G. F., Hagstrom, J. P., Clark, M. M., Ducoste, J. and Burns, C., "Improving clearwell design for CT compliance," American Water Works Association Research Foundation, Denver, Colo(1999).
  12. Do-Quang, Z., Cockx, A., Line, A. and Roustan, M., "Computational fluid dynamics applied to water and wastewater treatment facility modeling," Environ. Eng. Policy, 1, 147 (1999).
  13. Hannoun, I. A., Boulos, P. F. and List, E. J., "Using hydraulic modeling to optimize contact time," J. Am. Water Works Assoc., 90, 77-87(1998). https://doi.org/10.1002/j.1551-8833.1998.tb08487.x
  14. Janex, M. L., Savoye, P., Do-Quang, Z., Blatchley, E. and Laine J. M., "Impact of water quality and reactor hydrodynamics on wastewater disinfection by UV, use of CFD modeling for performance optimization," Water Sci. Technol., 38(6), 71-78(1998). https://doi.org/10.1016/S0273-1223(98)00567-8
  15. Karama, A. B., Onyejekwe, O. O., Brouckaert, C. J. and Buckley, C. A., "The use of computational fluid dynamics (CFD) technique for evaluation of the efficiency of an activated sludge reactor," Water Sci. Technol., 39, 329-332(1999). https://doi.org/10.1016/S0273-1223(99)00294-2
  16. Lawler, D. F. and Singer, P. C., "Analyzing disinfection kinetics and reactor design: a conceptual approach versus the SWTR," J. Am. Water Works Assoc., 85, 67-76(1993).
  17. Stovin, V. R. and Saul, A. J., "Efficiency prediction for storage chambers using computational fluid dynamics," Water Sci. Technol., 33, 163-170(1996).
  18. Stovin, V. R. and Saul, A. J., "A computational fluid dynamics (CFD) particle tracking approach to efficiency prediction," Water Sci. Technol., 37, 285-293(1998).
  19. Ta, C. T. and Brignal, W. J., "Application of computational fluid dynamics technique to storage reservoir studies," Water Sci. Technol., 37, 219-226(1998).
  20. Templeton, M. R., Hofmann, R. and Andrews, R. C., "Case study comparisons of computational fluid dynamics modeling versus tracer testing for determining clearwell residence times in drinking water treatment," J. Environ. Eng. Sci., 5, 529-536(2006). https://doi.org/10.1139/s06-007
  21. 환경부, 상수도시설기준(2010).
  22. 김태균, 최영준, 조영만, "정수지 내 추적자 실험과 CFD(전산유체역학)의 상관관계 분석," 대한상하수도학회(2011)(In Press).

Cited by

  1. Most suitable design method of post-chlorination process in portable water process by using CFD vol.27, pp.3, 2013, https://doi.org/10.11001/jksww.2013.27.3.331