Research Area
방사성폐기물처분 균열망 특성이 고준위 방폐물 주변 지하수-열 유동에 미치는 영향 분석
Effect of Fracture Characteristics on Heat-Groundwater Flow Adjacent to High-Level Radioactive Waste Repository
심층 처분 개념을 기반으로 지하 심부에 건설되는 고준위 방사성 폐기물 처분장은 10만년 이상의 기간 동안 폐기물을 지표 생태계로부터 고립시키는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 현재 스웨덴, 핀란드, 한국 등의 국가는 투수율이 낮아 지하수에 의한 폐기물 이동이 최소화될 것으로 생각되는 결정질 암반 (ex. 화강암 암반)에 처분장을 건설하고자 하고 있다. 그러나 화강암 암반에는 다수의 균열이 자연적으로 형성되어 있으며, 처분장에서 발생하는 열로 인해 이 균열을 따라 흐르는 지하수의 방향이나 세기가 시간에 따라 크게 변화할 수 있고, 이러한 지하수 흐름 특성의 변화는 처분장 시설의 안정성에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 따라서 본 연구는 다양한 특성을 가지는 균열 암반을 대상으로 처분장에서 나올 것으로 예상되는 열을 가했을 때, 균열을 따라 발생하는 지하수 유동의 특성을 분석하여 처분장 안정성 평가에 일조하는 것을 목적으로 한다.
방사성폐기물처분 COMSOL-PHREEQC 연계 모델을 통한 고준위 방폐장 환경 모사 모델 구축
Simulating High-Level Radioactive Waste Repository Environment using COMSOL-PHREEQC Coupled model
고준위 방사성 폐기물 처분장 주변 환경의 안정성 평가를 위해서는 다양한 물리-화학적 현상을 동시에 모사해야만 한다. 이를 위해서 다양한 물리 현상 간의 상호 작용을 효율적으로 모사할 수 있는 COMSOL Multiphysics와 지화학 반응을 모사하는데 특화되어 있는 PHREEQC를 MATLAB을 통해 결합하여 보다 복잡한 지화학 반응을 모사할 수 있는 모델을 구축한다. 해당 모델을 검증하기 위해 기존에 수행되었던 모델링, 실험 결과들과 구축된 모델의 결과를 비교하였고, 최종적으로는 다양한 환경적 변수를 고려한 처분장 환경을 모사하여 그 안정성을 평가하는 것을 목적으로 한다.
방사성폐기물처분 천연 점토 광물과 방사성 세슘의 흡착 특성 규명 - 실험 및 모델링 접근
Characterization of sorption properties of radioactive cesium for natural clay minerals - Experiment and modeling approach
방사성 세슘은 원자력 중대사고 발생 시에 가장 유의해야하는 오염물질입니다. 토양 및 수성 환경에 노출된 방사성 세슘의 거동 특성을 규명하기 위하여 천연 점토 광물과의 흡착 실험 및 모델링을 사용하여 접근하고 있습니다. 실험실 규모의 실험과 PHREEQC 흡착 모델링을 활용하여 천연 점토광물의 흡착 특성을 보다 정확하게 규명하고 최종적으로는 방사성 물질의 지질 매체 내 거동 특성을 규명하고자 합니다.
지중환경 지중 LNAPLs의 수치 거동 모델링 및 관정 설치 조건에 따른 최적화 정화 방안 연구
The Numerical case modeling and the optimization anaylsis for subsurface LNAPLs remediation according to the well installation conditions
물에 쉽게 녹지 않는 유기 오염 물질을 지칭하는 LNAPLs (Light non aqueous phase liquids)은, 주변에서 쉽게 지중환경으로 누출될 가능성이 있으며 침투한 LNAPLs는 불포화대부터 지하수까지 광범위한 오염을 일으킨다. 따라서 이를 억제 및 정화하는 방법이 다양하게 존재하지만, 특히 자주 사용되며 LNAPLs의 정화에 유용한 토양증기추출법과 공기 주입법을 적용한 수치 모델링을 통해, 정화 시설(관정)의 설치 조건에 따른 LNAPLs의 제거 효율을 알아보고 다상유체시스템 내에서의 유체 거동을 이해하여 최적화된 정화 조건을 찾아보고자 하는 것이 진행하는 연구의 목표이다.
지중환경 지중 DNAPLs의 거동 모사를 위한 부지 특성화 자료 기반 3D 통합 수치 모델 개발
A Site-Characterization-Based 3D Integrated Model for Prediction of DNAPLs Migration
물보다 무거우며 물에 잘 섞이지 않는 유기오염물질인 DNAPLs (Dense Non-aqueous Phase Liquids)은 산업활동으로 비롯된 가장 흔한 오염 물질 중 하나이다.
지중환경으로 누출된 DNAPLs은 미고결 퇴적층, 풍화암대 및 균열암반대를 포함한 다양한 지질 매체를 통해 복합적으로 거동하기 때문에, 시공간적 분포를 예측하는 것이 까다롭다.
본 연구는 현장 자료를 바탕으로 3D 고해상도 모델을 제작하여, 복잡한 DNAPLs의 지중 내 거동 특성을 수치 모델링을 통해 예측하고 토양 및 지하수 오염 방지 및 정화 방안 수립을 궁극적인 목표로 한다.
이산화탄소지중저장 X-ray CT 분석을 활용한 지질매체 내 유체거동 특성 파악
X-ray CT characterization of rock material for evaluating fluid flow
- X-Ray CT 이미지 전처리 및 3차원 이미지 구현
- X-Ray CT 이미지 분석을 통한 3차원의 공극구조 파악
- 지질매체의 공극률 및 공극크기 분석
- 유체거동 모델을 활용한 지질매체의 투수율 산정
- 다상 (multi-phase) 유체거동 모델 구현을 위한 유체 특성 분석
- 지질매체 내 다상유체 거동 시뮬레이션
이산화탄소지중저장 역암의 특성에서 기인하는 이질성 효과가 다상 유체(CO2-Water) 거동에 미치는 영향 분석
Evaluation of Heterogeneity Effect on Multiphase Flow in Conglomerate Cores
최근 CO2 지중저장(CCS)에 대한 수요가 급증하면서, 다양한 암종들이 지중 내 CO2 주입 및 고정을 위한 대상층으로서 고려되고 있다. 본 연구에서는 수치모델링을 통해 실제 CCS 수행 환경을 기반으로 하는 역암 코어 내 다상 유체 거동을 모사함으로써, 역암 내 역(clast)과 기질(matrix)의 특성에서 비롯되는 다양한 이질성 효과가 CO2 주입(Drainage)과 그 이후(Imbibition)의 과정에 미치는 영향을 분석하여, 궁극적으로는 역암층 활용을 통한 성공적인 CCS 수행에 도움을 주고자 한다.
이산화탄소지중저장 관정-대수층 연동 모델을 이용한 CO2-물 이상(二相) 유체 유동특성 탐구 및 대리모델을 이용한 최적화 분석
Investigation of CO2-water two-phase flow system using coupled wellbore-reservoir model and Optimization analysis combining with proxy modeling
지중환경 내 지하수 관측 혹은 개발에 있어서 직관적이고 보편적인 방법은 관정을 설치하는 것이다. 대수층과 연결된 관정은 하나의 유체 거동 시스템을 조성하지만, 두 가지의 서로 다른 유동기작으로 이루어진다. 즉 관정에서의 관내 유동(pipe flow)과 대수층에서의 다공성 매질 유동(porous media flow) 이다. 이 때문에 전반 유동 시스템을 정확하게 모사하려면 서로 다른 지배방정식(governing equation)으로 두 가지 유동을 동시에 모사하고 연동해야 하지만 대다수 선행 연구에서는 편의상 관내 유동을 다공성 매질 유동으로 가정하고 모사를 진행하였다. 본 연구에서는 관정-대수층 연동모델을 두 가지 서로 다른 지배방정식으로 구축하고, 각 구간에서의 CO2-물의 이상(二相) 유동을 해당 함수로 모사하고 연동하여 이산화탄소 지중저장 또는 이산화탄소 누출로 인한 간헐천(CO2-driven cold-water geyser) 등 현상을 모사하고자 한다.
하지만 이러한 연동모델은 계산 소모가 상대적으로 크고 대량의 시뮬레이션을 수행하기에는 비효율적인 면이 있다. 최적화 분석(Optimization Analysis)과 같은 연구는 대량의 모사 결과가 필요하다. 이를 해결하고자 실험계획법(Design of Experiment)과 반응표면분석법(Response Surface Methodology)을 이용하여 단순 반응표면식(Response Surface Equation) 즉 대리모델(proxy model)을 개발하고, 효율적으로 결괏값(output response)을 예측하고자 한다. 마지막으로 이러한 반응표면식을 최적화 분석기법인 유전알고리즘(Genetic Algorithm)의 목적함수로 설정함으로써 최적의 입력값 집합을 통계학적으로 제시할 수 있다.
하지만 이러한 연동모델은 계산 소모가 상대적으로 크고 대량의 시뮬레이션을 수행하기에는 비효율적인 면이 있다. 최적화 분석(Optimization Analysis)과 같은 연구는 대량의 모사 결과가 필요하다. 이를 해결하고자 실험계획법(Design of Experiment)과 반응표면분석법(Response Surface Methodology)을 이용하여 단순 반응표면식(Response Surface Equation) 즉 대리모델(proxy model)을 개발하고, 효율적으로 결괏값(output response)을 예측하고자 한다. 마지막으로 이러한 반응표면식을 최적화 분석기법인 유전알고리즘(Genetic Algorithm)의 목적함수로 설정함으로써 최적의 입력값 집합을 통계학적으로 제시할 수 있다.
이산화탄소지중저장 다상 유동 시스템에서 이산화탄소 추적자의 거동 특성 : 이산화탄소 지중저장환경을 중심으로
Transport of a tracer in a two-phase flow system: Applications in geological CO2 storage
물로 포화되어 있는 이산화탄소 지중 저장소에 이산화탄소를 연속적으로 주입하는 다상 유동 시스템에서 가스 포화도의 증가에 따른 이산화탄소 추적자의 거동 및 분포 특성을 이해하고자 한다. 실제 이산화탄소를 주입하는 조건에서 코어 규모의 추적자 거동 실험과, 다중 규모(코어 규모 및 현장 규모) 및 다양한 매질에서의 수치 모델링을 통해, 농도이력곡선(Breakthrough curve)을 특성화하여 다상 유동 시스템에서 추적자의 거동을 이해하고, 현장에서 획득한 추적자 결과를 해석하는데 기여하고자 한다.
이산화탄소지중저장 Old Faithful 간헐천에서 발생하는 질식 유동 연구
Numerical Simulation of Choked Flow in Old Faithful Geyser
지질매체 내에서 다중∙다상 유체의 유동에 관심을 갖고 연구하는 중이다. 특히, 지중 유체 주입, 간헐천이나 화산의 분출과 같은 특별한 환경에서 생성되는 질식유동 및 초음속 유동을 전산유체역학 해석을 통해서 연구한다. 지중에 강한 압력이 주어지면 유체가 수렴-발산 형태의 균열을 통과하면서 초음속 유동에 도달할 수 있는데, 초음속에 도달한 유체는 결국 다시 아음속 유동으로 떨어지며 충격파를 발생시킨다. 그렇게 발생한 충격파는 주변 암반에 물리적인 스트레스를 가하기도 하고, 미소진동을 유발하기도 한다. 현재는 미국 옐로우스톤 국립공원에 있는 Old Faithful 간헐천의 분출시에 발생할 수 있는 질식유동을 시뮬레이션으로 나타내고자 한다.
