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소용돌이 관에서 Ranque-Hilsch 효과

전문가 제언: ○ 소용돌이관(vortex tube) 혹은 Ranque-Hilsch 소용돌이관은 소용돌이 실의 노즐들을 통하여 접선방향과 중심방향으로 고온과 저온의 압축된 공기유동을 분리할 수 있는 장치이다. 소용돌이관의 원리를 사용하여, 박리하는 저온 혹은 고온의 공기는 CNC 공작기계나, 냉장고들, 냉각 유닛들, 가열과정들, 기타 장치들에 적용할 수 있다

○ 이 방법은 간단하고, 조밀하며, 가볍고, 조용하다. 그리고 프레온이나 다른 냉매들(CFCs, HCFCs)을 사용하지 않는다. 또 구동 부분이 없으며 파손되거나 마모되지 않는 구조이다.

○ 본 논문은 역류(counter flow) 혹은 병행류(parallel flow)인 2가지 흐름에 대한 온도와 에너지 박리하는 동안에, 와류 흐름을 이루는 관 내부에서 일어나는 현상과 와류 관내에서 온도 분리에 대한 실험과 계산 결과를 고찰한 것이다.

○ 실험은 두 개의 중요한 변수들로 구성되었다. 그 첫째는 소용돌이관 내의 기하학적 특성이고 (예로, 고온과 저온 튜브의 직경과 길이, 저온 오리피스의 직경, 고온 튜브의 모양), 노즐 입구의 수, 입구 노즐의 모양들, 원뿔의 등급의 모양들이다. 둘째는 입구 가스 압력, 찬 가스의 질량비, 입구 가스의 습기, 그리고 가스의 형태(공기, 산소 등)의 열-물리학적 상태량에 대한 것이다.

○ 저자는 Ranque-Hilsch 소용돌이관을 고찰하면서 소용돌이와 선회유동(swirling flow) 두 용어를 같이 사용하고 있다. 즉, 소용돌이를 강 선회유동으로 표현하고 있다. 강 선회유동은 선회 강도(swirl intensity)가 ㅇ.6 이상인 경우로, 수평관에서는 소용돌이 코어(vortex core)가 발생하는 현상을 볼 수 있다. 이 코어 내의 축 방향 속도는 부의 속도를 나타낸다. 이 유동을 반대 방향으로 유동시켜 역류 소용돌이관(counter flow vortex tube)이라 하고 에너지의 박리를 소개하고 있다. 소형 전자 장비 등의 냉각에 좋은 장치가 될 것으로 생각한다.

저자: Smith Eiamsa-ard, Pongjet Promvonge
자료유형: 학술정보