KCI등재
난류흐름의 화학적 동역학 모델 (TKM) 개발: 대류경계층 내의 NO<sub>x</sub>-O<sub>3</sub> 단순 광화학 기작에 대한 난류혼합의 영향 연구 = Turbulent Chemical Kinetics Model (TKM) : A Study of Turbulent Mixing Effects on Simple NO<sub>x</sub>-O<sub>3</sub> Photochemistry in Convective Boundary Layer
저자
발행기관
학술지명
한국환경기술학회지(Journal of Korean Society Environmental Technology)
권호사항
발행연도
2017
작성언어
Korean
주제어
등재정보
KCI등재
자료형태
학술저널
수록면
86-102(17쪽)
제공처
많은 환경모델에서는 물질의 이송 또는 확산현상에서의 난류의 영향을 잘 묘사하면서도 보통 2 개의 반응물질에 대한 화학반응속도에서는 난류의 영향이 무시된 평균값만을 표기한다. 본 연구에서는 난류의 영향이 고려된 비선형의 2차 화학반응속도로 표현된 1차원 수직 난류흐름의 화학적 동역학 모델(1-D TKM)을 개발하였으며 그 첫 번째 적용사례를 제시하였다. 연구목적은 한 낮에 형성되는 대기의 대류혼합층(CBL) 내에서 상호작용하는 두 물질(지표에서 배출되는 물질 A와 대류혼합층의 상부로부터 유입되는 물질 B)간의 불완전 혼합과정을 정량적으로 설명하는 것으로 비균질의 CBL내에서 두 물질간의 하향식-상향식 확산에 대한 시뮬레이션을 수행하고 기존의 다른 모델형식과 비교하였다. 완전혼합을 가정하는 CBL에서 난류의 영향은 거의 무시될 수 있었으나 하층부와 상층부에서는 분리의 영향과 유입농도는 화학적 특성에 매우 민감하였으며 물리적 특성과 수치해석에는 덜 민감하였다. 반응속도 상수에 가장 민감한 인자로는 분리영향이며 상부의 유입농도의 영향은 매우 작았고 지표의 배출인자의 민감도는 그 특성에 따라 다양하게 나타났다.
더보기Numerous environmental models well describe turbulent effects on transport and dispersion phenomena. However, a chemical reaction rate between two species uses an only mean value ignored the turbulent effect. This study aims at developing a simple one-dimensional model to quantitatively account for turbulence-induced incomplete mixing of two interacting chemical species. Top-down and bottom-up(TDBU) diffusion of two reactive species in an inhomogeneous convective boundary layer(CBL) are simulated by means of 1-D vertical turbulent chemical kinetics model(TKM). The model incorporates an asymmetric convective model(ACM) scheme and a concentration field splitting method(CSM) using a phenomenal extent of reaction. The derived governing equations are integrated using forward finite differences.
The TKM is applied to both irreversible and reversible reactions between ozone and nitric oxide in the summer daytime convective atmospheric boundary layer. Results, in the form of vertical profiles of reactants concentrations and intensities of segregation in the convective boundary layer show that for both the irreversible and reversible reactions, segregation is significant near the boundaries where the reactants sources are located. Segregation for the irreversible reaction is everywhere larger than for the reversible reaction because the photolysis of NO<sub>2</sub> tends to increase the NO concentrations while the covariances of the reacting species remain relatively constant. Comparison of the reactant concentrations from the TKM to a conventional kinetic model(CKM) that ignores effects of segregation reveals consistency in that everywhere in the CBL the TKM results lie between a no-reaction case and the CKM results.
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