실제 전기방사 나노섬유 필터의 형상 조건과 대기 입자 조건을 고려한 3차원 수치해석적 연구

초록

입자상 물질(Particulate matter)은 크기가 작아질수록 대기 중에서 더 오랜 시간 동안 체류할 수 있으며, 이로 인해 넓은 지역에 걸쳐 광범위한 영향을 미칠 가능성이 높다. 특히, 미세먼지와 같은 작은 입자는 대기 중에서 이동하며 인체 내로 깊숙이 침투할 수 있는 특성을 지니고 있다. 이러한 침투는 조기 사망의 위험을 높이는 것은 물론, 호흡기 질환과 심혈관계 질환을 유발할 가능성을 크게 증가시킨다. 따라서 이러한 건강 위험 요인에 대한 인식이 높아짐에 따라, 실내 공기질에 대한 관심이 점차 증대되고 있다. 실내 공기질을 개선하기 위해서는 미세먼지를 효과적으로 저감하고 차단할 수 있는 필터의 사용이 필수적이다. 경제적이면서도 효율성이 높은 필터는 다양한 분야에서 보편적으로 사용되고 있으며, 이들은 실내외 공기질을 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 필터의 성능을 평가할 때 주요하게 고려되는 요소는 필터가 공기 중 입자를 얼마나 효과적으로 포집하는지를 나타내는 집진 효율과, 필터를 통과할 때 공기 흐름에 얼마나 저항이 발생하는지를 의미하는 압력 강하이다. 그러나 필터의 효율성 외에도, HEPA 필터와 같은 대부분의 필터는 재사용이 불가능하기 때문에 필터의 수명을 연장하는 것이 중요한 과제 중 하나로 떠오르고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 필터의 성능을 더욱 향상시키고, 수명을 연장하기 위한 방안을 모색하기 위해, 섬유 직경에 따른 필터 구조의 특성과 실제 대기 입자의 크기분포를 분석하는 작업을 수행하였다. 이를 바탕으로, 3차원 수치해석 기법을 활용하여 실제 대기 입자 조건에서 필터의 집진용량을 분석하고 평가하는 것을 주요 목적으로 설정하였다. 이러한 연구를 통해 보다 효과적이고 지속 가능한 필터 시스템을 개발하여 실내외 공기질 개선에 기여할 수 있다.