Sensor Fish 및 활어를 회수하기 위한 풍선 태그를 설계 및 제조하기 위한 프로토콜이 제시되어 유압 구조물에서 물리적 상태와 생물학적 성능을 평가할 수 있습니다. 이 방법은 풍선 부피, 팽창/수축 시간, 성분 선택 및 주입된 물의 특성과 같은 요소를 고려하여 풍선 태그 성능을 최적화합니다.
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이 논문에서
요약
초록
물고기는 수력 발전 댐의 유압 운송 수단을 통과 할 때 부상과 사망을 경험할 수 있으며, 이러한 운송 수단이 하류 우회 시스템, 수정 된 배수로 및 터빈과 같이 물고기 친화적으로 설계된 경우에도 마찬가지입니다. 유압 구조물의 물고기 통과 조건을 연구하는 데 사용되는 주요 방법에는 Sensor Fish 기술과 살아있는 물고기를 사용한 직접 현장 테스트가 포함됩니다. Sensor Fish 데이터는 물리적 스트레스 요인과 물고기 통로 환경에서의 위치를 식별하는 데 도움이 되며, 살아있는 물고기는 부상 및 사망률을 평가합니다. Sensor Fish와 살아있는 물고기에 외부에 부착된 자체 팽창 풍선인 풍선 태그는 유압 구조물을 통과한 후 회복을 돕습니다.
이 기사에서는 두 가지 다른 온도에서 옥살산, 중탄산나트륨 분말 및 물의 혼합물을 포함하는 다양한 수의 용해성 식물성 캡슐이 포함된 풍선 태그의 개발에 중점을 둡니다. 우리의 연구는 18.3 °C에서 5 mL의 물을 주입한 3개의 캡슐이 있는 풍선 태그가 원하는 풍선 부피를 일관되게 달성한다는 것을 확인했습니다. 이 태그의 평균 팽창량은 114 cm3 이고 표준 편차는 1.2 cm3 입니다. 18.3°C에서 물을 주입한 풍선 태그 중 2캡슐 풍선 태그가 전체 팽창에 도달하는 데 가장 오랜 시간이 걸리는 것으로 관찰되었습니다. 또한, 4캡슐 풍선 태그는 더 빠른 인플레이션 시작 시간을 보여주었고, 3캡슐 풍선 태그는 더 빠른 디플레이션 시작 시간을 보여주었습니다. 전반적으로 이 접근 방식은 새로운 기술의 성능을 검증하고, 터빈 설계를 개선하고, 어류 통로 조건을 개선하기 위한 운영 결정을 내리는 데 효과적인 것으로 입증되었습니다. 연구 및 현장 평가를 위한 귀중한 도구 역할을 하며, 유압 구조물의 설계 및 작동을 개선하는 데 도움이 됩니다.
서론
수력 발전은 전 세계적으로 중요한 재생 에너지 자원입니다. 미국에서 수력 발전은 재생 가능한 자원에서 생산되는 전기의 약 38% 또는 274TWh를 차지하며1 연간 약 460TWh를 추가할 수 있는 잠재력이 있습니다2. 그러나 수력 발전이 증가함에 따라 수력 통과 중 물고기 부상 및 폐사에 대한 우려가 가장 중요해졌습니다3. 급속 감압(barotrauma), 전단 응력, 난류, 스트라이크, 캐비테이션 및 연삭을 포함한 다양한 메커니즘이 통과 중 물고기 부상에 기여합니다4. 이러한 부상 메커니즘은 물고기의 전반적인 상태에 즉각적인 영향을 미치지 않을 수 있지만 질병, 곰팡이 감염, 기생충 및 포식에 더 취약하게 만들 수 있습니다5. 또한 터빈 또는 기타 유압 구조물과의 충돌로 인한 직접적인 신체적 부상은 상당한 사망으로 이어질 수 있으므로 수력 발전에서 이러한 위험을 완화하는 것이 중요합니다.
물고기 통과 조건을 평가하는 가장 일반적인 방법 중 하나는 유압 구조물 6,7<....
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프로토콜
1. 산/염기 캡슐화
- 혼합 컵에 H 2 C 2 O4 (옥살산) 및 NaHCO3 (중탄산 나트륨)의 중량으로 1 :2비율로 혼합합니다 (재료 표 참조). 산-염기 분말 혼합물이 결정화되면 모르타르와 유봉을 사용하여 분쇄합니다(그림 1A).
- 크기 3 식물성 캡슐과 반자동 캡슐 충전 기계를 회수하여 프로세스를 시작합니다( 재료 표 참조).
- 캡 시트를 깨끗하고 건조한 표면에 평평하게 놓습니다. 검은색 못을 사용하여 캡 시트 위에 캡슐화 시트를 정렬하여 제자리에 올바르게 고정합니다(그림 1B).
- 미리 분리된 캡슐을 사용하지 않는 한 캡슐 상단과 하단을 분리하십시오. 크기 #3 식물성 캡슐은 닫았을 때 길이 15.9mm, 외경(OD) 5.57mm, 부피 0.30mL, 무게 47mg의 전체 치수를 갖습니다.
- 캡슐 상판을 캡슐화 시트에 붓습니다(그림 1C). 원을 그리며 구멍에 윗부분을 부드럽....
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결과
풍선에 주입되는 물의 양과 온도에 초점을 맞춰 풍선 태그 제조를 위한 최적의 방법을 결정하기 위한 연구가 수행되었습니다. 이 연구는 인플레이션 시작 시간, 전체 인플레이션 시간, 디플레이션 시작 시간 및 최대 인플레이션 시 풍선의 부피를 포함한 다양한 입력 매개변수를 조사했습니다. 이 연구는 주변 온도가 21°C인 책상에서 수행되었습니다.
연구를 위해 총 360개의 풍선 태그가 준비되었습니다. 태그는 36개의 세트로 나뉘며 각 세트에는 10개의 풍선 태그가 포함되어 있습니다. 세트는 캡슐 수에 따라 2개, 3개 또는 4개의 캡슐을 포함하여 분류되었습니다. 각 세트의 태그에 18.3 또는 12.7°C의 온도에서 5, 6, 7, 8, 9 또는 10mL의 물을 주입했습니다. 12.7°C의 온도는 캡슐 용해가 가능한 최저 온도로 선택되었으며, 18.3°C는 실용성을 위해 실온을 나타냅니다.
그 결과, 물을 사용할 때 12.7°C에 비해.......
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토론
이 연구는 18.3°C에서 5mL의 물을 주입한 3캡슐 풍선 태그가 2캡슐 및 4캡슐 풍선 태그에 비해 시작 팽창 시간이 더 느리고 지속적으로 더 큰 부피를 가졌다는 결론을 내렸습니다. 풍선 태그에 12.7 °C에서 물을 주입했을 때 평균 부피가 작았고 팽창 시간이 길었습니다. 3 캡슐이 먼저 수축되기 시작하고, 4 캡슐이 그 뒤를 따르고, 마지막으로 2 캡슐이 수축되기 시작합니다. 각 수온과 관련된 인플레이션 및 디플레이션 기간은 현장에서 도움이 될 수 있습니다. 더 긴 팽창 시간이 필요한 연구의 경우, 물이 차가울수록 풍선 태그의 팽창이 느려질 수 있으므로 Martinez et al.7,12이 수행한 현장 연구와 유사하게 물고기 또는 센서 물고기가 더 널리 분포하고 더 긴 회수 시간이 필요할 수 있는 대규모 시설에서 테스트할 수 있습니다. 따뜻한 물은 축소 된 모델 및 농부 스크린 및 확장 된 수력 터빈과 같은 작은 유압.......
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공개 사항
저자는 이해 상충이 없습니다.
감사의 글
이 연구는 미국 에너지부(DOE) 수력 기술 사무소의 자금 지원을 받았습니다. 실험실 연구는 계약 DE-AC05-76RL01830에 따라 DOE를 위해 Battelle이 운영하는 Pacific Northwest National Laboratory에서 수행되었습니다.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 3D 인쇄 실리콘 스토퍼 플레이트 | NA | NA | |
| ARC800 센서 물고기 | ATS | NA | |
| FDM 3D 프린터 | NA | NA | |
| 수동 캡슐 필러 기계 CN-400CL (크기 #3) | Capsulcn | NA | |
| Mold Star 15 SLOW | Smooth-On | NA | |
| 내유성 Buna-N O-Ring | McMaster-Carr | SN: 9262K141 | |
| 옥살산, 98%, 무수 분말(C2H2O4) | 써모 사이언티픽 | CAS: 144-62-7 | |
| 고무 밴드 확장 도구 | iplusmile | NA | |
| 분리 식물성 셀룰로오스 캡슐(크기 #3) | 캡슐 연결 | NA | |
| 웃는 얼굴 YoYo 라텍스 풍선 | YoYo 풍선 등 | ||
| 중탄산나트륨 분말(CHNaO3) | Sigma | CAS: 144-55-8 | |
| 스펙트럼 섬유 꼰 낚싯줄(50파운드) | 파워 프로 | NA |
참고문헌
- Uria-Martinez, R., et al. U.S. Hydropower Market Report. Oak Ridge National Laboratory. , (2021).
- Kao, S., et al. New stream-reach development: a comprehensive assessment of hydropower energy potential in the United States. Oak Ridge N....
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재인쇄 및 허가
