위험유해물질의 확산특성에 대한 수치해석 및 메타모델링을 통한 예측모델 개발

Abstract

위험유해물질(Hazardous and Noxious Substances)을 수송하는 선박의 해상사고는 초기에 대응하는 것이 중요하다. 본 연구의 목적은 수치해석을 통해 HNS의 유출 및 확산특성을 분석하고, 이를 토대로 한 예측모델의 개발에 있다. 유출 시뮬레이션은 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 모델과 standard k-ε 모델을 기반으로 상용코드 ANSYS FLUENT 17.2를 사용하여 계산하였다. 본 연구에서는 먼저 수치해석 결과를 통한 확산특성을 분석하고, 이를 기반으로 주요 위험인자를 선정하여 정량적인 분석을 수행하였다. 주요 확산특성 인자로서는 해류방향 전파속도, 해류 수직방향 전파속도, 그리고 HNS 해수면 평균 질량분율을 선정하고 해류속도, HNS 밀도, 그리고 파공면 위치에 따른 영향을 분석하였다. 수치해석 결과를 살펴보면, 해류속도가 증가하면 이류에 의한영향이 지배적이기 때문에 해류방향 전파속도는 증가하고 해류 수직방향 전파속도는 감소한다. 밀도에 의한 해류방향으로의 영향은 거의 존재하지 않으며, 해류 수직방향으로는 부력의 차이로 인해 밀도가 작을수록 멀리 전파한다. 평균 질량분율은 해류속도가 클수록 높은 질량분율의 영역이 줄어들어 감소하고, 밀도가 높을수록 전체 확산면적이 줄어 감소한다. 정량적 수치해석 결과를 토대로 한 예측모델은 메타모델링을 통해 개발하였다. 메타모델링 기법으로는 크리깅 모델이 사용되었으며, 추가적인 시뮬레이션을 통한 예측모델과의 비교를 통해 정확도를 평가를 수행하여 예측모델이 적합함을 나타내었다.