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DMA 내 막대형 시스 유동 층류화 장치에 의한 샘플 유동 정렬 및 입자 분류 효율 향상
송현우(Hyunwoo Song),이상면(Sang-Myun Lee),김용준(Yong-Jun Kim),송준호(Soonho Song) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集B Vol.44 No.4
경제성을 고려한 독자적인 설계로 제작된 DMA의 시스 흐름 층류화 장치 장착에 따른 입자 분류 효율 개선에 대하여 연구하였다. DMA는 평행판형 구조를 채택하여 제작되었고, 넓은 목표 입경 범위를 충족하기 위해 높은 에어로졸/시스 유량비를 사용하였다. 시스 흐름 층류화 장치는 유로 내 중심선 상에 수직으로 위치한 원기둥형 막대 모양이며, 간단한 CFD를 통해 에어로졸 흐름 정렬도 향상을 목표로 최적화하였다. 연구 결과, 층류화 장치가 장착되었을 때 유로 상단 벽 방향으로의 에어로졸 흐름 정렬도가 크게 개선된 것을 확인하였다. 시스 층류화 장치로 인한 에어로졸 흐름 정렬 개선이 실제로 입자 분류 효율에 미치는 영향을 검증하기 위해 실험을 수행하였고, 200nm 단분산 입자 샘플과 1:5의 에어로졸/시스 유량비 조건에서 91.1%의 분류 효율 향상이 관찰되었다. The improvement in particle classification performance of a differential mobility analyzer (DMA), based on an original cost-effective design, was investigated using a simple sheath flow laminarizing structure. The DMA was designed as a parallel-type, and was used with high aerosol/sheath flow ratios to achieve a wide particle diameter range. The sheath flow of the laminarizing structure consisted of a vertical rod located at the center of the flow channel. A computational fluid dynamics (CFD) optimization was performed for enhancing aerosol flow alignment. With the flow laminarizer, the aerosol flow alignment toward the channel upper wall significantly improved. Subsequently, experiments were performed to examine the effects of the sheath flow laminarization and aerosol flow alignment on the particle classification performance of the DMA. As a result, the classification efficiency increased by 91.1, with a 200 nm particle sample and aerosol/sheath flow ratio of 1:5.
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