In this dissertation, experimental studies were conducted to understand the characteristics of submerged gas jet with respect to injection gas flow rate, and model was proposed to predict the aerosol removal efficiency by pool scrubbing under high-speed gas injection conditions. To understand the behavior of the submerged gas jet with respect to the injection gas flow rate, the centerline velocity and velocity decay rate of the jet were measured using a pitot tube. Visualization experiments were also performed to measure the gas behavior and jet expansion angle and spreading rate with injection gas flow rate using high-speed camera. For the experiment aimed at measuring the void fraction inside the submerged gas jet, a optical fiber probe was used. In addition to these experiments, aerosol removal experiments were conducted based on the injection flow rate and nozzle size. The experimental results showed that as the injection flow rate increased, the aerosol removal efficiency also increased. Furthermore, it was observed that the aerosol removal efficiency increased as the size of the nozzle decreased. The experimental data, including gas velocity and void fraction, which were used to understand the gas behavior, were used to validate the behavior model of the submerged gas jet. Additionally, a aerosol removal model, considering aerosol removal by droplet was developed for the removal of aerosols in the submerged gas jet. By utilizing the developed model to simulate the experiments conducted at KAIST and KAERI, the average relative error was approximately 62%. Furthermore, when comparing the simulated results to the jet scrubbing experimental results proposed by Herranz, the average relative error was about 21%. These results indicate a higher analytical performance compared to model that assume bubbly flow.
본 학위논문에서는 기체의 주입 유량 변화에 따른 수중 기체 제트의 특성을 파악하기 위한 실험적 연구들과 고속으로 기체가 주입되는 조건에서 수조 여과에 의한 에어로졸 제염계수를 예측하기 위한 모델을 제안하였다. 기체 주입 유량 변화에 따른 수중 기체 제트의 거동 특성을 파악하기 위해 피토 튜브를 이용하여 제트의 중심선 속도 및 속도 붕괴율을 측정하였으며, 가시화 실험을 통해 주입 유량에 따른 기체 거동 특성 및 제트의 팽창 각도와 퍼짐률을 측정하였다. 수중 제트 내부의 기포율을 측정하기 위한 실험으로는 광섬유 프로브를 이용하였다. 이러한 실험들과 더불어 주입 유량 및 노즐 크기에 따른 에어로졸 제거 실험이 수행되었으며, 실험 결과 주입 유량이 증가할수록 에어로졸 제거 효율은 향상하였고, 노즐의 크기가 작아질수록 에어로졸 제거 효율은 향상하였다. 기체의 거동 특성을 파악하기 위한 실험 데이터인 기체 속도 및 기포율 데이터를 이용하여 수중 제트의 거동 모델을 검증하였으며, 수중 기체 제트에서 액적에 의해 에어로졸이 제거되는 수조 여과 모델을 개발하였다. 개발된 모델을 이용하여 KAIST 및 KAERI에서 수행한 실험을 모의한 결과, 평균 상대 오차는 약 62%, Herranz가 제시한 Jet scrubbing 실험 결과에 대하여 평균 상대 오차는 약 21%로서, 기포 유동을 고려한 모델에 비해 높은 예측 성능을 나타냄을 확인하였다.
