시온 염료를 이용한 수조실험과 수치실험을 통한 발전소 온배수의 확산 재현 및 확산 계수 산정

초록

본 연구는 시온염료의 특성을 기반으로 실험실 환경에서 수조실험을 통해 발전소 온배수의 확산을 재현하고 이를 통한 확산 계수 값을 구하였다. 먼저 염료의 특성을 검증하기 위해 가역적 반응을 하는 두가지 시온염료를 5:5 비율로 혼합하여 색상이 세번 변하는(18oC이하 보라색, 18oC-21oC 파란색, 22oC이상 백색-기준 온도(18’C, 21’C)) 용액을 세가지의 다른 농도로(0.5g/2L 1g/2L 2g/2L)만들어 이 용액들이 농도가 다름에도 기준온도(18’C, 21’C)에서 색상 변화가 같음을 확인하였다. 또한 이 세개의 다른 농도의 용액을 각각 원통형 수조에 채워 하단을 냉각시키며, 수조 하나당 다른 색상이 발현되는 세가지 층을 확인하였으며, 이때에 층의 경계는 육안으로도 구분 할 수 있었다. 이 후 확산 재현을 위한 분사 용액의 온도를 수조의 온도보다 7oC 높게 설정한 후 수조에 분사하여 난류의 열 확산을 시각적으로 확인 할 수 있었다. 이 과정을 동영상으로 촬영하고 확산되는 면적을 이용하여 확산계수를 산정하였다. 또한 간단한 온배수 확산 수치실험에 산정한 확산계수를 적용하였을 때 온배수의 확산과정이 수조실험과 유사하게 재현됨을 확인하였다. 본 실험을 통하여 혼합된 시온염료 용액이 유체의 흐름을 방해하지 않는 장점을 갖는 온도지표로서 활용 가능하다는 것을 확인하였다. 이러한 연구결과로 혼합된 시온염료 용액은 발전소 온배수 확산 연구에 적용할 수 있을 것으로 보이며, 향후 보편적인 유체의 냉각에 의한 대류나, 온도가 변하는 난류 연구평가 등에 유용한 도구로써 사용될 수 있다고 판단된다.