Numerical Investigation of Direct Contact Membrane Distillation (DCMD) Process for Desalination System

본 연구에서는 해수, 폐수, 화학 용액 등 다양한 종류의 염수에서 담수를 생산할 수 있는 직접 접촉식 막 증류 공정의 성능을 수치해석적으로 평가할 수 있는 수치해석 프로그램을 개발하였다. 수치해석 프로그램을 개발하기 위해 막을 투과하는 수증기를 고려하기 위한 열 및 물질전달 식과 모듈 채널 내에 흐르는 유체의 질량, 모멘텀 그리고 에너지 균형을 고려하기 위한 식이 사용되었다. 해석 프로그램의 개발을 위해 Intel Visual Studio의 Fortran을 사용하여 In-house code를 작성하였고, Broyden’s method를 활용하여 계산을 수행하였다. 또한 개발된 프로그램의 정확도를 검증하기 위해 기존 문헌의 데이터와 비교하였으며, 최대 오차 3% 내에서 잘 일치함을 알 수 있었다. 유입수 부 및 투과수 부의 온도 및 유속을 변화시켜 가며 평균 투과 담수량을 산출하였다. 수치해석 결과, 투과수 부의 온도 및 유속의 변화보다는 유입수의 온도 및 유속의 변화에 평균 투과 담수량 변화가 더 민감하게 변화하는 것을 알 수 있었다. 유입수의 온도를 40℃에서 90℃로 증가시켰을 때, 평균 투과 담수량이 0.95 kg/m²h에서 24.83 kg/m2h까지 지수적으로 증가하는 것을 알 수 있었다.