입력 2026.05.13 15:29
충남대학교 기계공학과 신원규 교수 연구팀이 국방과학연구소(ADD)와의 협력을 통해 ‘시간에 따라 변화하는 유입 농도 조건에서 흡착 직물의 돌파 거동을 재현할 수 있는 베이지안 기반 가스 흡착 CFD 해석 전략’을 개발했다.
이번 연구 성과는 환경 및 유해물질 분야의 국제적 권위지인 ‘Journal of Hazardous Materials’ (Impact Factor 11.3, JCR 상위 5.1%) 온라인판에 5월 5일자로 게재되며 우수성을 인정받았다.
국방과학연구소와 충남대 기계공학과 신원규 교수 주도로 진행된 이번 연구는 김승완 박사과정생이 제1저자로, 신원규 교수가 공동 교신저자로 참여했다.
국방과학연구소와 신원규 교수팀은 Langmuir 등온식 기반의 흡착 파라미터를 ‘pseudo-parameter’로 정의하고, 실험적 HD 작용제 돌파곡선 데이터를 바탕으로 베이지안 추정을 수행했다. 이를 통해 축방향 확산계수, 흡착 속도상수, 최대 흡착량, 흡착 평형상수 등 주요 인자를 추정했으며, 다양한 유량 조건에서 HD 작용제에 대한 흡착 직물의 돌파 거동을 성공적으로 재현할 수 있음을 확인했다.
특히, 연구팀은 전체 물질 전달 매개변수를 정의하는 방정식에서 일부 물리 항이 생략된 조건에서도 pseudo-parameter 간 상호 보완이 이뤄져 돌파 거동을 효과적으로 재현할 수 있음을 확인하고, 제안된 베이지안 추정 전략의 강건성을 입증했다.
연구팀이 개발한 기술은 유입되는 가스 농도가 가변적인 실제 환경에서 흡착 성능의 핵심 지표인 ‘돌파 거동’을 정밀하게 예측할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다. 특히, 베이지안 통계 기법을 전산유체역학(CFD)에 접목해 해석의 신뢰도를 획기적으로 높였다는 평가를 받고 있다.
이번 연구에서 제안한 방법은 추가적인 실험 없이도 다양한 유량에서 유해가스에 대한 흡착 직물의 돌파 거동을 예측하는 데 활용될 수 있으며, 이를 통해 화학작용제 방호 소재, 휘발성 유기화합물 제거, 공기 정화용 흡착 필터, 산업용 흡착 공정 등 시간에 따라 유입 농도가 변화하는 다양한 흡착 시스템의 해석 및 설계에 기여할 것으로 기대된다.
신원규 교수는 “이번 연구를 통해 시간에 따라 변화하는 실제 유입 농도 조건에서도 흡착 직물에서의 돌파 거동을 효과적으로 재현할 수 있는 베이지안 기반 해석 전략을 제시하고, 향후 유해가스 방호 소재 및 흡착 시스템의 성능 예측과 최적 설계에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 국방과학연구소의 지원(과제부호 912973201, 화생방 무기체계의 한국적 운용개념 설정을 위한 화학작용제 오염특성 분석)을 받아 수행됐다.
□ 논문 제목: Bayesian estimation of pseudo Langmuir isotherm parameters in adsorption beds under time-varying inlet concentrations
□ 논문 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.142309
※ 문의 : 기계공학과 신원규 교수 ☎ 042-821-5647