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배플이 없는 난류교반기 측벽 주변에서 접선 속도분포의 일반식

전문가 제언: ○ 본문에서는 최근 Hiraoka 등이 발표한 배플(baffle)이 없는 완전 난류교반기 벽면부근 접선속도와 와류길이가 큰 패들(paddle) 임펠러에 대한 관계식의 유도 과정을 기존에 발표된 유동모델들을 이용하여 전개하는 과정에 대해 설명하고 있다.

○ 일반적으로 유체의 거동은 Reynolds 무차원 수(Re)에 의해 결정되며 Re=(ρD)/μ로 정의되는데, 여기서 ρ는 밀도[kg.m-3], 는 평균 유체유속[m.sec-1], D는 관의 직경[m], 그리고 μ는 유체의 점도[Pa.sec]이다. 일반적으로 Re>4,000일 때 난류, Re<2,100일 때 층류이며 2,100
○ 난류의 형태는 크게 유동이 고체경계면에 부딪쳐서 발생하는 벽면난류(wall turbulence)와 속도가 다른 두층의 유동이 서로 부딪쳐서 발생하는 자유난류(free turbulence)로 구분된다. 또한 난류는 유동 내에서 발생하는 다양한 와류(eddy)를 생성하고 큰 와류는 작은 와류로 나누어지고 또 다시 작게 나누어져 결국은 전단응력에 의해 소산된다.

○ 일반적으로 와류 내의 유동은 층류이며 난류 유동의 와류 생성에너지는 전체 유체유동의 퍼텐셜에너지로부터 발생하여 운동에너지를 동시에 발생시켜 전체적인 총에너지를 형성하게 된다. 난류 유동장은 유동의 양과 방향이 대단히 빠르게 변하기 때문에, 그 해석이 어려워 전체 평균값을 이용해서 수치해석 등으로 그 거동을 규명하고 있다.

○ 본문에서는 이러한 것을 감안하여 측면 주변에서 난류의 접선속도 일반식을 난류경계층에 대해 무차원 변수를 이용하여 큰 난류의 측정 접선속도의 일반 속도분포, u++=5,75logy+++5.5를 구하여 간단하게 유도할 수 있는 평판에서 발생하는 교반기 혼합 길이와 비교하였다. 본문에서 유도한 경계층 끝단 접선속도와 경계층 두께 등은 유체의 성질과 열유체 활용 등에 참고 자료가 될 수 있을 것이다.

저자: Setsuro Hiraoka, Katsumi Shiobara, Yoshihito Kato, Shuichi Iwata
자료유형: 학술정보