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2중 Rushton 임펠러 교반기에서 유동장의 와류 시뮬레이션

전문가 제언: ○ 교반기에서 임펠러(impeller)와 블레이드(blade)의 가장 큰 차이점은 블레이드는 유체의 유동에 대해 전체적인 방향에 별 영향을 주지 않으면서 유체속도나 유체의 압력 차이를 이용해서 작동하도록 하는 것이고, 임펠러는 유체의 유동방향을 변화시키면서 작동을 하도록 하는 것이다.

○ 임펠러는 유압펌프나 자동차의 왕복엔진 등에 사용되며 블레이드는 비행기의 제트엔진이나 발전소 터빈 등에 많이 이용되고 있다. 임펠러의 형태와 수를 결정하는 데는 일반적으로 경험에 의존하지만 최근에는 시뮬레이션에 의한 수치해석을 이용하는 시도가 꾸준히 계속되고 있다.

○ 그러나 유체의 난류에 대한 모델을 설정하기란 대단히 어려우며 설사 모델을 설정하였다 하여도 최적 값을 구하기가 대단히 어렵기 때문에, 일반적인 수치해석의 접근법으로 규명하기가 쉽지 않고 재현성도 떨어져 그 활용이 불가능하게 된다. 특히 임펠러의 위치와 유형(예: 원심형, 축류형 등)에 따라 유동장의 형태가 달라진다.

○ 본문에서는 2중 Rushton 임펠러 교반기에서 유동장에 대한 와류의 시뮬레이션을 유동장의 유동패턴, 즉 평행(parallel) 유동, 병합(merging) 유동 및 분기(diverging) 유동에 대해 조사하여 실험적 데이터를 근거로 기존부터 계속 개발되어온 수치해석을 통해 이론적 메커니즘을 규명하는 방법에 대해 설명하고 있다.

○ 본문에서 제시한 SSL, DSL 등의 모델을 통한 LES(Large Eddy Simulation)는 향후 교반기에서 유동형태나 유동의 시간에 따른 와류 변동 등을 연구하는데 도움이 될 것으로 사료되며, 또한 완전한 교반을 위한 교반기 설계에도 참고자료가 될 수 있을 것으로 사료된다.

저자: Zhipeng Li, Zhengming Gao
자료유형: 학술정보