1. 서 론

산업 활동과 해양 사고로 인해 발생하는 기름의 유출은 해양 생태계에 심각한 영향을 미친다[1]. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 기름 회수 방법이 연구되고 있으며, 그중 흡착제를 이용한 방법이 널리 사용되고 있다. 흡착제는 메쉬 형태의 다공성 물질로 구성되어 단위 부피당 넓은 표면적을 제공하여 유수분리 성능을 높일 수 있으며, 친수성(hydrophilic) 또는 소수성(hydrophobic) 등의 표면처리를 통해 기름 분리 효과를 극대화 할 수 있다. 이러한 표면의 접촉각 효과를 활용하여 오염된 물에서 기름을 분리하는 기름-물 분리 필터에 적용이 가능하고, 이는 해양 기름 유출 사고와 같은 기름 오염수 관리에서 중요한 역할을 하게 된다[2]. 기름-물 분리 기술은 표면의 친수성 또는 소수성을 기반으로 ‘기름 제거형’과 ‘물 제거형’으로 나눌 수 있으며, 각각 소수성과 친수성을 활용한다[2]. 기름 제거형 기술은 다공성 소수성 재료를 사용하여 기름을 흡수하거나, 평평한 소수성 표면에 부착된 기름 자체를 제거하는 방식으로 오염수를 처리한다. 따라서 이러한 방법으로 회수된 기름은 재사용이 어렵고, 흡수체를 소각하거나 매립하는 과정에서 2차 환경 오염을 유발할 수 있다. 이에 반해, 친수성 재료는 기름과 물의 접촉을 최소화하여 기름과 물을 효과적으로 필터링하는 장점을 지니고 있다[2]. 따라서 장치에서의 막힘이 적고 지속적 사용이 가능하기 때문에, 이러한 친수성 재료는 최근 기름-물 분리 필터로서의 활용이 확대되고 있으며, 소수성 필터에 비해 뚜렷한 이점을 제공한다. 또한, 물의 점도가 기름보다 작기 때문에 친수성 필터는 작은 필터 구멍을 통해 물을 더 빠르게 필터링할 수 있다. 다공성 구조물의 고체 표면에서 접촉각에 따라 달라지는 유수 분리 현상은 다양한 공학적 문제에서 역시 중요한 역할을 하며, 최근 학문적 및 산업적으로 큰 관심을 받고 있다[3, 4, 5].

기름의 표면부착 방지 및 지속적 사용을 포함한 필터 성능의 극대화를 위해서는 필터 구멍 내에서 기름 침투를 저지할 수 있는 높은 친수성이 필요하며, 작은 필터 구멍은 기름-물 계면의 높은 곡률을 형성하여 기름 침투에 추가로 저항할 수 있다. 서로 섞이지 않는 2개의 유체들이 고체 표면과 만나는 경계인 접촉선(contact line)은 계면 에너지를 최소화하기 위해 이동하며, 이 과정은 접촉각을 통해 정량적으로 표현될 수 있다. 물질의 특성인 접촉각에 따른 접촉선의 움직임은 필터의 효율을 증가시키기 위해서 자세히 파악되어야 할 현상이다. 그러나 이러한 필터 구멍 내부에서의 기름-물 계면의 움직임을 실험적으로 관찰하는 데는 기술적 한계가 존재한다. 수치해석 방법은 이러한 한계를 극복하기 위한 유효한 도구로 널리 사용되고 있으며, 최근에는 복잡한 형상에서의 접촉선(contact line)의 움직임을 보다 정확하게 계산하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다[6].

본 연구에서는 다상 유동 수치 모델인 Level Contour Reconstruction Method(LCRM)를 활용하여 기름-물 혼합물과 실린더 형태의 다공성 구조물에서 접촉각에 따른 상호작용을 분석하고자 한다. 특히 고정된 메쉬 형상에 국한하여 접촉각에 따른 유수 분리영향을 분석하였던 이전 연구[6]를 확장하여 다양한 기하학적 형상변화에 대해서 접촉각의 변화가 기름-물 분리에 미치는 영향을 추가로 파악하고자 한다. 다양한 외부 압력에서 기름-물 흐름의 동적 반응을 정량적으로 분석하고 시각화하였다. 이를 통해 연속적으로 사용 가능한 기름-물 분리 필터의 성능을 향상시킬 수 있는 가능성을 확인하고자 한다.

2. 수치기법

2.1 지배 방정식

본 연구에서 사용된 2 유체에 대한 질량 및 운동량 보존을 포함한 Navier-stokes 방정식은 다음과 같다.

여기서 u는 속도, g는 중력을 나타내며 p는 압력, 𝜌는 밀도, 𝜇는 점도, F_s는 계면에 가해지는 표면장력을 나타낸다. 유체의 물리적 상태량인 밀도와 점도는 거리함수로부터 계산된 Heaviside function(H)를 활용하여 다음과 같이 표현된다. 여기서 하첨자 o, w은 각각 기름, 물을 나타낸다.

2상의 경계면의 정확한 추적을 위해 본 연구에서는 상경계 추적 수치모델 중 하나인 LCRM[7]을 사용하여 계면의 움직임을 모델링하였다. LCRM은 Lagrangian 격자계를 사용하여 계면의 위치를 직접 추적하는 Front Tracking 방법과 Eulerian 격자계에서의 거리함수를 사용하여 계면의 움직임을 간접적으로 파악하는 Level Set 방법을 융합하여 해석하는 방법[7]이다. 이 방법은 부드러운 연결성을 가지며 정교한 계면의 움직임을 파악할 수 있는 Front Tracking의 장점을 가지며, 주기적으로 거리함수를 통해서 계면을 재생성하여 Lagrangian격자의 크기를 정규화함으로 계면의 안정성을 확보할 수 있다. 거리함수를 활용하기 때문에 Level Set이 갖는 장점 역시 포함하게 된다.

본 연구에서와 같이 기름-물의 2상 유동 상계면이 고체 벽면과 만날 경우 상이 만나는 경계면, 즉 접촉선(contact line)의 움직임을 정확히 파악하는 것 역시 매우 중요하다. 상 경계면이 고체와 접촉하는 경우 접촉선은 고체 표면에서의 점착조건으로 인하여 고체에 고정된다. 유동으로 인해 고체 주위의 상 경계면은 계속 이동하게 되고 이는 2유체유동에서 접촉 지점에 무한한 전단응력을 발생시키면서 불안정한 계면의 움직임을 만들어 낸다. 이러한 계면의 불안정성이 발생하는 것을 방지하기 위하여 본 연구에서는 접촉점에서 계면을 미끄러지게 하는 Navier-slip boundary 모델[8]을 아래와 같이 적용하였다.

여기서 𝜕u/𝜕n은 벽에서의 속도구배이고, 𝜆는 미끄러짐 길이(slip length)로 정의된다. 미끄러짐 길이는 실제로 속도구배 이외에 고체 표면의 곡률 그리고 젖음성 등 복합적인 물리적 요인에 의해 결정되며[9, 10, [11], 접촉선 운동에 크게 영향을 준다. 이러한 복잡한 의존성을 자세히 모델링 하기는 어렵기 때문에, 본 연구에서는 수치적 효율성을 고려하여 기존에 수행되었던 연구들[6, 12]을 참고하여 미끄러짐 길이를 격자 하나의 크기로 설정하여 계산을 진행하였다. 여기에 추가적으로 접촉 지점의 움직임은 동적 접촉각 또한 적절히 모델링 되어야 한다. 접촉각 히스테리시스는 아래와 같이 정의된 함수관계를 이용하여 모델링 되었다.

여기에서 𝜃_contact는 접촉각을 의미하고 하첨자 a와 r은 각각 전진각 및 후진각을 의미한다. 계산 시 접촉각이 전진각 보다 큰 경우는 전진각으로, 후진각 보다 작은 경우는 후진각으로 고정되고 아닌 경우는 그 사이에서 자유롭게 움직일 수 있도록 모델링되었다. 본 연구에서는 𝜃_a-𝜃_r = 10° 이 되도록 전진각과 후진각의 차이를 고정하였다. 접촉각에 대한 보다 자세한 내용은 참고문헌[6, 12]에 설명되어 있다. 지배방정식은 Chorin의 Projection 방법[13]을 활용하여 수치적으로 시간에 따라 적분하고 공간 차분화를 위해 정렬 엇갈림 격자가 활용되었다. 수치모델에 관련된 더 자세한 내용은 참고문헌[6, 11]에서 추가로 확인할 수 있다.

2.2 수치해석 구성

기하학적 형상 및 경계조건을 포함한 수치해석 구성은 Fig. 1에서 확인할 수 있다. 다양한 형상변화에 따른 접촉각의 영향을 보다 효과적으로 파악하기 위해서 2차원 평면형상이 해석에 사용되었다. 계산 영역의 크기는 직교좌표계에서 Lx×Ly로 설정되었다. 지름이 2r인 실린더형 고체는 계산영역의 중간(ht=0.44Ly, hb=0.56Ly)에 배치하여 계산을 진행했다. 실린더형 메쉬의 상단은 기름으로 하단은 물로 채워져 있고, 초기에 물-기름 계면은 수평이며 실린더 메쉬의 상단에 접촉하고 있는 상태이다. 메쉬는 변형되지 않으며, 속도는 0으로 설정되었다. 기하 구조의 주기성을 고려하여, 2차원 수치해석 계산영역(computational domain)의 측면 경계에 periodic 경계 조건을 적용했다. 계산영역 상부 및 하부의 경계에서는 일정한 압력 P_top 및 P_bottom을 각각 주어 y축 방향으로 일정한 압력 차 ΔP_y를 적용하여 기름이 고체 사이 구멍을 통해 침투하도록 유도했다.

Fig. 1.

Computational domain and boundary conditions setup

본 연구에서 기름과 물의 밀도는 각각 975 kg/m³, 1000 kg/m³로 설정되었고, 점성계수는 각각 0.04875 Pa·s 및 0.001 Pa·s로 설정되었다. 이는 이전 연구[6]에서 수치해석과 실험의 검증에 사용한 50 cSt 실리콘 오일의 특성을 활용한 것으로, 기름과 물 사이의 표면장력 계수 역시 이전 연구를 참고하여 0.0464 N/m로 설정하였다. 전진 접촉각을 𝜃_a = 30°, 𝜃_a = 150°인 두 가지 특별한 경우로 설정하여 각각 친수표면, 소수표면에 대해 접촉각에 따른 유수분리에 미치는 영향을 분석하고자 했다.

실린더형 메쉬에서 실린더 사이의 다양한 거리 d(100–1000 µm)에 따른 기름 침투 현상을 분석하였다. 이를 위해 평균 외부 압력 구배 ΔP_y는 (P_top​− P_bottom​)/L_y로 계산하여 사용하였다. 본 연구에서 중력의 영향을 고려하여 계산한 경우와 없는 경우 결과에 거의 차이가 없었기 때문에 중력은 무시하고 계산을 진행하였다. 이는 µm 크기인 매우 작은 메쉬의 지름을 고려했기 때문이고, 메쉬 위의 기름의 두께가 높아지는 영향은 앞서 언급한 압력구배의 영향으로 대체될 수 있다. 또한, 메쉬 사이의 구멍에서 기름의 침투를 정량적으로 분석하기 위해 침투 깊이를 정의하였다. Fig. 1에 나와 있는 초기 상태의 기름-물의 경계면을 기준으로 시간이 지남에 따라 변하는 계면의 위치 중 y축을 기준으로 상경계면 최저점까지의 거리가 침투 깊이가 되며, 이를 z로 표현하였다. 이 침투 깊이가 메쉬 실린더의 지름보다 작은 경우 z < 2r는 분리(separation) 상태로, z > 2r는 침투(penetration) 상태로 정의하였다. 이러한 분석을 통해 다양한 압력 구배 조건(0–1000 kPa/m)에서 기름의 침투 경향을 평가하였다.

3. 결 과

3.1 수렴성 검증

앞서 제시한 2차원 평면 수치해석방법의 정확성과 신뢰성을 검증하기 위해, 이전 연구[6]에서 사용된 수치 모델과 실험 데이터를 바탕으로 벤치마킹을 진행하였다. 우선 격자 크기에 따른 수렴성을 확인하기 위해, 본 연구에서 수행된 2차원 수치해석 결과와 이전 연구에서 제시된 3차원 수치해석 결과 및 실험 데이터를 임계 압력 구배(Critical Pressure gradient)를 기준으로 비교하였다. 여기서 압력이 증가함에 따라 분리상태에서 침투상태로 넘어가기 시작하는 압력 구배를 임계 압력 구배(Critical Pressure gradient)로 정의하였고 ΔP_{y_crit} 로 표현하였다.

Fig. 2에 나타난 바와 같이, 이전 연구의 실험 결과는 검정색 점선으로, 수치해석 결과는 빨간색 선으로 표시되어 있으며, 본 연구에서 수행한 2차원 수치해석 결과는 파란색 선으로 나타나 있다. 격자 크기가 작아질수록 본 연구의 2차원 해석 결과가 수렴하며 그 값이 실험 데이터에 근접해가는 것을 확인할 수 있다. 이는 격자 크기에 따른 수치적 수렴성이 확보되었음을 나타내며, 2차원 해석을 통해서도 기존 연구와 유사한 수준의 결과를 도출할 수 있음을 보여준다. 따라서 2차원 해석이 다양한 형상조건 및 접촉각의 변화에 따른 경향을 효과적으로 파악하기 위해 충분할 것으로 판단하였다.

Fig. 2.

Benchmarking and grid convergence test for the current 2D planar simulation compared to experiment and 3D computation[6]. The slip length is set as each corresponding grid size

이전의 연구는 특정한 실린더 사이 간격에 대해 접촉각과 압력에 대한 유수분리 영향을 분석하였고, 접촉각이 작아짐에 따라 더 높은 압력에 대해 분리상태를 유지함을 밝혔다. 본 연구에서는 이전 연구보다 다양한 간격(100–1000 µm)에 대해 다공성 구조물 내부의 유수분리 영향을 파악하였다.

3.2 접촉각에 따른 유수분리 영향

접촉각(Contact angle)은 상계면이 고체 벽면과 접촉할 때 형성되는 각도로, 상계면이 표면에 대해 얼마나 퍼지는지를 결정짓는 중요한 변수이다. 물을 포함한 상계면의 접촉각은 고체 표면의 친수성(hydrophilicity) 혹은 소수성(hydrophobicity) 정도에 의해 크게 영향을 받는다. 일반적으로, 친수성 표면에서는 물이 쉽게 퍼져 표면과 강하게 결합하는 반면, 소수성 표면에서는 그 반대로 표면과의 결합이 약하다. 접촉각에 따른 유수분리의 영향을 확인하기 위해 메쉬 구멍의 크기(mesh hole size), 즉 고체 실린더 사이 간격을 d = 300 µm로 고정한 경우, 친수성 표면과 소수성 표면에서의 압력 변화에 따른 결과를 비교하였다. 접촉각이 작은 경우(𝜃_a = 30°)는 친수성 표면을 나타내며, 큰 경우(𝜃_a = 150°)는 소수성 표면을 나타낸다. Fig. 3(a), (b)에는 압력에 따른 z의 길이, 즉 초기 기름-물의 계면으로부터 y 방향 기준 시간에 따라 변하는 기름-물 계면의 y축 방향의 최저점까지의 거리가 표현되어 있으며, 이는 앞서 설명한 침투 깊이를 나타낸다. Fig. 3(c), (d)에는 초기 계면과 실린더가 만나는 접촉점을 기준으로 시간에 따라 접촉점이 고체 실린더 표면 위에서 이동한 거리(호의 길이)를 실린더 중심에서의 각도 𝜃로 표현하였다.

Fig. 3.

Comparison of the effects of contact angle and wettability on oil-water separation where the gap between cylinders is d =300 μm (a) z for the hydrophilic cylinder, (b) z for the hydrophobic cylinder, (c) θ for the hydrophilic cylinder, (d) θ for the hydrophobic cylinder

Fig. 3(a), (c)에서 볼 수 있듯이, 접촉각이 작을 때(𝜃_a = 30°, 친수성 표면) 접촉선은 일정 수준에(𝜃 = 45°) 고정되어 있으며, 압력 변화에도 침투가 일어나지 않고 분리상태를 유지한다. 특히, 압력 구배가 ΔP_y = 300 kPa/m에 이를 때까지 분리상태가 유지되었으며, 그 후 임계 압력 구배(Critical Pressure gradient) ΔP_{y_crit} = 310 kPa/m를 초과하면서 기름 계면이 침투하기 시작한다. 반면, Fig. 3(b), (d)에서 볼 수 있듯이, 접촉각이 큰 경우(𝜃_a = 150°, 소수성 표면) 상계면은 초기부터 접촉점이 이동하며, 압력에 민감하게 반응하여 빠르게 침투가 발생하는 경향을 보였다. Fig. 3에서 나타난 결과에 따르면, 친수성 표면에서는 𝜃_a = 30° 일 때 압력이 ΔP_y = 300 kPa/m 이상에서야 침투가 일어났으며, 그 이전까지는 분리상태가 유지되었고 접촉선이 고체 표면에 40% 정도 부착된 상태에서 고정되었으며, 압력 변화에 따른 접촉점의 이동특성 차이는 크지 않았다. 반면, 소수성 표면에서는 𝜃_a = 150°일 때 ΔP_y = 60 kPa/m부터 접촉점의 움직임이 관찰되었고, ΔP_{y_crit} = 70 kPa/m을 초과하면서 압력이 증가함에 따라 침투 현상이 가속화되었다.

친수와 소수 표면에서 접촉점의 움직임을 포함한 전체적 상계면의 움직임을 Fig. 4에 나타내었다. Fig. 4에는 ΔP_y = 140 kPa/m 조건에서 친수 및 소수 표면조건에서 시간의 변화에 따른 압력 분포와 계면의 변화를 보여준다. 친수성 표면의 경우, 접촉선이 시간이 지나도 고체 표면에 점착되어 고정된 상태를 유지되는 반면, 소수성 표면에서는 시간이 흐름에 따라 접촉선이 고체 표면을 따라 이동하며, 압력 구배 방향으로 접촉선이 미끄러지는 경향을 자세히 확인할 수 있다. 이러한 차이는 접촉각과 표면의 젖음성에 따른 압력 분포 차이에서 비롯되며, 이는 기름-물 분리 효율에 직접적인 영향을 미친다. 따라서, 접촉각이 작은 친수성 표면에서는 접촉선이 고정되며 큰 임계 압력 구배를 초과하기 전까지 분리상태가 유지되지만, 소수성 표면에서는 접촉선이 지속적으로 이동하며 더 낮은 임계 압력 구배에서 빠른 침투가 발생한다. 이러한 결과는 기름-물 분리 시스템에서 접촉각과 표면 젖음성이 분리 효율에 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다.

Fig. 4.

Pressure distribution and time-evolving interfacial motions for the two representative surfaces(hydrophilic and hydrophobic cylinders)

3.3 실린더 사이 간격에 따른 영향

접촉각에 따른 유수분리영향에 대한 결과를 바탕으로 다양한 실린더 사이 간격 d(100–1000 µm)에 따른 유수분리영향을 추가적으로 파악하였고 이를 Fig. 5에 나타내었다. Fig. 5에서는 친수성 및 소수성 표면과 실린더 사이 간격에 따른 압력 구배의 변화, 그리고 그에 따른 액체의 침투 및 분리 현상이 표현되었다. 그래프에서 ΔP_y는 앞서 정의된 외부 압력 구배를 나타내며, 이와 함께 Young-Laplace 방정식에 의한 압력 구배도 검은색 실선으로 함께 비교하였다. 본 연구에서 사용된 Young-Laplace 방정식은 ΔP_yL = 𝜎/(d/2)Ly로 수정되어 적용되었다. 여기서 𝜎는 표면 장력, d는 실린더 사이의 간격, 따라서 d/2는 실린더 간격에서의 곡률 반경을 나타낸다. 파란색 선은 친수성 표면에서 고체 실린더 사이 간격 d에 따른 임계 압력 구배(critical pressure gradient)를, 빨간색 선은 소수성 표면에서 d에 따른 임계 압력 구배를 각각 나타낸다. 두 가지 경우 모두 접촉각에 따른 압력 차이가 실린더 간격에 따라 크게 달라지며, 이는 접촉각이 실린더 간격 변화에 미치는 영향을 명확히 보여준다. Fig. 5에서 볼 수 있듯이, 소수성 표면(빨간색 선)에서는 실린더 간격이 300 µm 이하일 때는 친수성 표면(파란색 선)과 큰 차이를 보이지 않지만, 300 µm 이상의 간격에서는 소수성과 친수성 표면 간 임계 압력 구배의 차이가 명확하게 나타난다. 이때, 300 µm을 기준으로 소수성 표면은 불연속적인 기울기를 보이는데, 이는 300 µm 이하의 좁은 간격에서는 표면장력의 영향이 지배적이지만, 간격이 300 µm 이상으로 넓어지게 되면 접촉각의 영향이 더 커지기 때문이다.

Fig. 5.

Critical pressure gradient depending on the distance between cylinders for both hydrophilic and hydrophobic surfaces

실린더 구조에서 실린더 간격과 표면의 소수성 또는 친수성은 액체의 침투 및 분리 성능에 중요한 영향을 미친다. Fig. 4에 따르면, 친수성 표면에서는 실린더 간격이 커지더라도 기름-물 계면이 실린더 표면에 고정되어 외부 압력에 대한 저항력이 증가하지만, 소수성 표면에서는 간격이 커질수록 계면이 고정되지 않고 표면을 따라 미끄러져 저항력이 감소한다. Fig. 5의 결과에 따르면, d = 300 µm 이하에서는 친수성 및 소수성 표면 모두에서 표면장력이 지배적이고 Young-Laplace 방정식에 따른 거동을 보인다. 그러나 d = 300 µm에서 d = 600 µm로 간격이 커질 경우, 친수성 표면은 소수성 표면보다 약 4배 더 높은 압력을 견딜 수 있는데, 이는 Fig. 4에서처럼 접촉선이 실린더 표면에 고정되기 때문이다. 친수표면의 경우 낮은 접촉각을 유지하려고 하는데 실린더의 곡률을 고려하면 중심의 위쪽 반원에서 주어진 낮은 각도를 유지하는 것이 수월해진다. 이로 인해 접촉선은 반원 위쪽에 고정되면서 상계면이 실린더의 표면과 얇은막을 이루며 상당히 큰 압력 구배까지 견디다 일정 이상의 압력(ΔP_{y_crit})에서 침투되는 것을 보여준다. 반면 소수성 표면의 경우 표면과 큰 각도를 이루어야 하고 이는 실린더의 중심 아래 반원에서 효과적으로 유지될 수 있다. 따라서 접촉선은 지속적으로 움직여 아래 반원으로 이동하게 되며 압력저항을 낮추게 된다. 친수표면의 경우 d = 300 µm 이상에서 거의 비슷한 임계 압력 구배값을 보여준다. 실린더 간격이 상당히 커지는 경우(d ~ 1,000 µm), 친수 또는 소수표면은 다시 거의 비슷한 매우 낮은 임계 압력 구배값을 갖게 된다. Fig. 5에서 확인할 수 있듯이 친수표면은 d = 300 µm에서 d = 600 µm 간격에서 유수분리에 더 효과적임을 확인할 수 있다.

4. 결 론

본 연구의 주요 목적은 다양한 외부 압력 구배 하에서 서로 다른 표면 특성과 다양한 실린더 사이 간격에 따른 물-기름 접촉선의 움직임과, 그에 따른 물-기름 분리에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 이를 위해 Level Contour Reconstruction Method(LCRM)를 기반으로 한 2차원 수치해석을 수행하여, 실린더 사이 공간을 통과하는 2상(기름-물) 유동을 분석하였다. 다양한 외부 압력 구배(0–1000 kPa/m)와 실린더 사이 간격(100–1000 µm)을 실험 대상으로 설정하였다. 또한, 극단적인 표면 특성인 친수성(𝜃_a = 30°) 및 소수성(𝜃_a = 150°) 두 가지 경우를 대표적으로 비교 분석하였다.

연구 결과, 접촉각과 실린더 간격의 변화가 기름-물 분리 효율에 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다. 친수성 표면(𝜃_a = 30°)과 소수성 표면(𝜃_a = 150°)을 비교한 결과, 친수성 표면은 외부 압력이 증가해도 접촉선이 고정되어 기름 침투를 억제하는 반면, 소수성 표면은 접촉선이 쉽게 이동하여 빠른 기름 침투가 발생하는 경향을 보였다. 특히, 좁은 실린더 간격(d ≤ 300 µm)에서는 접촉각에 따른 차이가 크게 나타나지 않았지만, 특정 범위(300 µm < d < 600 µm)에서 친수성 표면이 소수성 표면보다 훨씬 높은 압력에서 안정적인 분리상태를 유지하는 것으로 나타났다. 친수성 표면의 경우 이는 좁은 실린더 간격에서 표면장력의 영향이 지배적이지만, 넓은 간격에서는 접촉각의 영향이 더 크게 작용함을 의미한다.

접촉각과 실린더 간격의 변화는 기름-물 분리에 있어 중요한 변수로 작용하며, 특히 친수성 표면이 특정 간격에서 소수성 표면보다 효과적인 분리 성능을 보인다는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 연구 결과는 기름-물 분리 필터의 설계 시 중요한 지침을 제공하며, 친수성 표면을 적절한 메쉬 구멍 크기와 함께 사용할 경우, 외부 압력에 대한 높은 저항 성능을 기대할 수 있음을 시사한다. 이를 통해 필터의 구멍 크기와 표면 특성을 고려한 설계가 외부 압력 하에서 안정적인 분리 성능을 확보하는 데 기여할 수 있을 것이다.