[논문자료] 배플 형상에 따른 교반기 내부 고체입자 분포의 비정상상태 해석

출처: 픽사베이

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여러가지 교반 시스템 중에서 고체/액체 교반은 폴리머합성, 도료합성, 식품산업 등 여러 가지 산업에 이용된다. 고체/액체 시스템의 효율적인 교반을 위하여 교반기 내부 고체와 액체의 균일한 혼합이 필요하다. 이때 배플은 교반기 내부에서 회전유동을 축방향 유동으로 변환 시켜 고체 입자의 효율적인 혼합을 유도하기 때문에 매우 중요하다. 임펠러의 회전은 고체상과 액체상 사이의 경계에서 복잡한 와류와 운동량 전달을 야기한다. 고체/액체 시스템은 상대운동, 액체 유동, 입자간의 전달력과 난류 소산 등 다양한 힘의 영향을 받기 때문에 교반기 내부 유동은 매우 복잡한 3차원 유동 특성을 갖는다. 고체입자의 균일한 혼합을 위한 동력과 회전속도의 예측을 위하여 고체/액체 교반 시스템에서의 유체 역학과 효율적인 교반에 대한 관심이 높아지고 있다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO200912368302287

본 연구에서는 Eulerian multi-phase 방법을 이용하여 고체 입자 분포의 시간에 따른 변화를 수치해석을 통해 연구하였다. 임펠러의 회전에 의해 발생하는 축 방향의 유동은 가라앉아 있는 고체 입자의 분산을 유도한다. 그 동안에 고체 입자의 분포는 준 정상상태에 이르게 된다. 준 정상상태에서 고 체 입자의 체적분율은 실험 결과와 비교되었다. 교반기의 표면 근처에서의 수치해석 결과는 실험결과와 약간의 차이가 있었지만, 그 아래 위치에서 수치해석의 고체 입자 체적분율의 예측은 문헌에 나온 실험 결과와 잘 일치하였다. 덧붙여서 배플의 숫자와 폭이 고체 입자의 분포가 준 정상상태에 이르게 될 때 고체 분산의 질에 미치는 영향이 없다는 것을 확인하였다. 그러나 배플의 폭이 넓어질수록 교반 시간은 감소한다. 또한 배플의 숫자가 증가할수록 같은 시간대에서 교반의 질을 나타내는 표준편차는 급격하게 감소한다.

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