휠-레일 접촉에서 발생하는 나노 마모 입자의 살수 방법 저감 효과

초록

현대 사회의 수많은 대도시에서 가장 친숙한 대중교통수단인 지하철은 배기 공해가 없어 친환경적이라고 평가되지만, 사실 그 이면에는 상당한 비배기 공해가 동반되고 있다. 그 원인은 지하철 시스템에서 발생하는 여러가지 마찰 현상인데, 그 중에서도 미세 마모 입자의 가장 주된 발생 원인은 휠-레일 접촉에서의 마찰이다. 이때 휠과 레일 사이의 높은 마찰열로 인해 나노 마모 입자가 발생하게 된다. 이 입자는 상당량의 중금속을 포함하고 있기에 인체에 상당히 해로워, 이에 대한 저감 연구가 시급하다. 기존의 미세 먼지 저감법은 대부분 이미 발생한 미세 먼지를 포집 및 필터링하는 후처리 방법이 대부분인데, 본 연구에서는 나노 마모 입자의 발생 원인을 파악하고 그것을 해결함으로써 나노 마모 입자의 발생량 자체를 줄이는 전처리 방법을 연구하였다. 전처리 저감 방법으로 살수 방법을 채택하였는데, 이는 휠-레일 사이의 마찰열을 낮춰 나노 마모 입자의 발생량을 저감하기 위함이다. Twindisk Rig 를 활용하여 휠-레일 접촉에서의 나노 마모 입자 발생 모사 실험을 진행하였고, 이때 발생한 나노 마모입자를 측정하여 건조, 살수 조건의 결과를 비교하여 살수 방법의 나노 마모 입자 발생량 저감 효과를 확인해 보았다. 또한 확산 건조기를 활용하여 살수 실험 중 발생하는 수증기 효과를 제거하여, 살수 방법의 나노 마모 입자 순수저감 효과를 확인하였다. 그 결과 살수 방법은 건조 조건에 비해 나노 마모 입자 발생량을 최대 약 88%까지 저감시키는 것을 확인하였다.