미세 공극내 초임계 CO2의 유동 및 열전달 특성

Abstract

지구 온난화를 발생시키는 온실가스 중 하나인 이산화탄소의 배출에 대한 국제적 규제 가 강화되면서 이산화탄소 포집 및 저장 기술에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 이러 한 기술 중 해양 지중저장 방법은 이산화탄소를 가장 안전적이고 효율적으로 저장하는 방 법으로 평가받고 있다. 전산해석을 통한 해양 대수층 내 CO2의 거동을 예측하는 기술은, 설계시 대수층 저장공간 내 CO2 유동 흐름과, CO2의 분포 및 다양한 화학반응에 대한 예 측 정보를 제공하여 CO2 격리설계시, 최적안전설계를 수행할 수 있는 기반이 될 수 있다. 따라서 CO2의 해양 지중저장시 대수층 내 유체 거동 및 물성을 예측하기 위하여 여러 수 치기법들이 개발되고 있으며, Darcys law를 이용하는 수치 기법과 격자 볼츠만방법 (Lattice-Boltzmann Method)이 많이 사용되고 있다. 그러나 Darcys law를 이용하는 수치 기법은 미시적인 다공성 구조와 유동 흐름에 대한 정확한 계산이 불가능하고, LBM은 분 자 레벨을 계산하기 때문에 계산 시간 및 비용이 증가하는 단점이 있다. 반면, 전산유체 역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용한 다공성 매질에 대한 해석은 계산의 정확성 과 비용 면에서 우수하고 비선형적이며 복잡한 현상들을 모사할 수 있는 장점이 있다. 즉, 복잡한 공극구조의 형태를 network model과 같이 단순화 시키지 않고, 실제 대수층 공극 구조와 유사하게 모델링하여 전산모사를 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 대수층 공극구조를 모델링 할 수 있는 기법을 개발하였으며, 이 를 이용하여 대수층 내 CO2의 거동을 전산유체역학을 이용하여 해석하였다. 본 연구에서 모델링한 공극구조의 검증을 위해 사암층의 실