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혼합 기기에서 무질서 혼합의 최근 발전

전문가 제언: ○ 혼합 조작은 식품, 제약, 제지, 플라스틱, 세라믹, 및 고무 공업 등 물리적 및 화학적 변화가 관련된 생산 공업 전반에 광범위하게 응용된다. 그럼에도 불구하고 이에 대한 이론적 연구는 매우 제한적이었다.

– 이는 밀폐된 용기 내에서 매우 불규칙적이고 무질서한 액체의 회전이 필수적인 혼합조작의 성격에서 볼 때 이러한 카오스적 유체의 이동과 에너지를 해석할 수 있는 유체역학적 이론의 제약 때문이었다.

○ 혼합조작에서 근본적인 문제는 용기 내에 형성되는 고립 지역의 파괴로 혼합을 전면적으로 확대하는데 있다. 본문은 혼합조작에서 무질서한 유체의 흐름을 공간적 무질서와 시간적 무질서로 나누어 분석하였다.

– 시간적 무질서는 교반 날개의 회전 방향과 속도를 시간적 규칙성이 없이 임의로 변경하여 액체의 흐름을 요동하게 하는 방법이다. 이는 혼합조작으로 볼 때 매우 우수한 방법이기는 하나, 이러한 교반 날개의 운동을 주도할 모터의 제작이 어렵거나 비용이 많이 든다.

– 이에 비하여 공간적 불규칙성이 비용-효율적인 면에서 유리할 수 있다. 그 방법으로 본문은 사출기에 장착하는 여러 가지 형태의 핀과 교반 용기의 구조에서 해답을 제시하고 있다. 그러나 핀의 장착에 의한 무질서의 조장은 용기 내 사출기 뒤 등에 사각이 생기는 문제가 있다.

○ 용기의 구조를 이용한 무질서한 액체운동의 조장은 교반 용기를 원통형에서 벗어나 비대칭으로 제작하거나 샤프트를 중앙이 아닌 점에 장착하는 방법, 그리고 방해-판(Baffles)의 설치 등이 그 예가 될 것이다. 그 중에서도 유체와 밀도가 비슷한 공을 고립 영역에 침투시켜 이를 파괴함으로서 효율을 개선하는 방법은 매우 인상적이고 참신하다.

○ 본문도 역시 이론보다 실험에 의지하였다. 초고속 컴퓨터의 등장에도 불구하고 이런 종류의 유체역학적 수식의 성립과 해석은 아직 상당한 시간을 기다려야 할 것 같다.

저자: Koji Takahashi
자료유형: 학술정보