Comparative Analysis of Mass and Number Concentration Characteristics of Non-Exhaust Particulate Matter (Airborne Wear Particles) Generated from Wheel-Rail Contact

Abstract

도시 철도 터널 공기는 철도 차량 운행 중 발생하는 비배기 미세먼지, 특히 휠-레일 접촉에서 발생하는 미세 마모 입자에 의해 심하게 오염되어 있다. 본 연구에서는 이러한 휠-레일 접촉 미세 마모 입자의 발생 특성을 규명하기 위하여 Twin-disk rig를 활용한 모사 시험을 수행하고, 발생 입자의 수 농도 및 질량 농도 특성을 비교 분석하였다. 분석 결과, 수 농도에서는 초미세(Dp ≤ 100 nm) 및 미세 입자(100 < Dp ≤ 1000 nm)가 전체의 약 90%를 차지하였으며, 그중 미세 입자가 약 64%로 가장 높은 비중을 보였다. 수 농도 분포는 다중 모드를 보였으며, 최대 피크는 약 190 nm에서 나타났다. 반면, 질량 농도에서는 조대 입자(1000 < Dp ≤ 10000 nm)가 약 93%를 차지하며 지배적이었고, 이는 질량 농도가 입자 지름의 세제곱에 비례하기 때문이다. 질량 농도 분포는 이중 모드를 보였으며, 최대 피크는 약 2100 nm(조대 입자)에서 발생하였다. 본 연구 결과는 수 농도와 질량 농도가 서로 다른 특성을 가지며, 연구 목적에 따라 적절한 지표를 선택하여 활용하는 것이 중요함을 시사한다.