Rushton 임펠러가 설치된 교반기 내 고체-액체 혼합에 대한 수치해석 연구=

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the present study, pre-processing program is developed which can model various geometry of a stirred vessel, and numerical analysis on improvement of mixing performance in solid-liquid mixing is conducted. The faster time and simpler method to model a stirred vessel with standardized
geometry is demanded to satisfy research environment in various industry. Then, this program can model various geometry of a stirred vessel linked with STAR-CCM+ that enable numerical analysis on flow field and mixing condition inside a stirred vessel. On the other hand, mixing condition of solid-liquid was numerically shown and specific condition of geometry of a stirred vessel and
operation can be suggested to improve mixing performance. Simulation of solid-liquid mixing was conducted with STAR-CCM+ to predict flow pattern
and behavior of particle. Lagrangian method is used to track all of individual particle. For the better accuracy of simulation, PIV experiment that visualizes two-dimensional flow field inside a stirred vessel is conducted and compared with result of simulation. Inter-particle distance is originally developed in this study to evaluate and quantify condition of solid-liquid mixing with difference
parameters. This inter-particle distance is averaged value of distance between one particle and its nearest particle in limited volume of a stirred vessel. Therefore solid-liquid mixing is analyzed with particle suspension and istribution linked to flow pattern formed by various agitating conditions.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 다양한 교반기 형상을 모델링할 수 있는 전처리 프로그램을 개발하고, 수치해석법으로 고체-액체 혼합에 대해 교반 성능의 향상 방향에 대해 연구하였습니다. 교반기는 분야나 용도에 따라 다양한 형상이 필요하고, 이러한 형상들에 따라 효율적은 연구를 위하여 교반기의 형상을 규격화하여 간단하고 빠른 모델링이 요구되었습니다. 본 연구에서 교반기 내 유동장 및 혼합 상태를 수치 해석할 수 있는 STAR-CCM+에 연동하여 교반기 형상을 다양하게 모델링할 수 있는 전처리 프로그램을 개발하였습니다. 한편 교반 성능을 향상시킬 수 있는 방향을 위하여 고체-액체 혼합 상태를 수치적으로 표시하고, 특정 교반기의 형상과 작동상태의 변화에 대해 제안하였습니다. 고체와 액체가 혼합되는 현상을 모사하기 위하여 상용 프로그램인 STAR-CCM+를 이용하고 고체의 거동과 액체의 유동을 예측하였습니다. 고체-액체 교반을 시뮬레이션하기 위하여 Lagrangian 기법을 사용하여 고체 입자의 거동을 추적하는 방법을 사용하였습니다. 수치 해석을 이용한 교반기 내 유동예측의 정확성을 확보하기 위하여 PIV를 이용한 결과를 비교하였습니다. 한편 자체적으로 고안한 입자간 떨어진 거리를 사용하여 고체-액체의 혼합 상태를 수치화하고 다양한 변수에 따라 비교하였습니다. 입자간 떨어진 거리는 교반기 내 한정된 체적에서 고체의 움직임이 제한되고 각 입자와 가장 가까이 위치한 입자와의 거리를 평균한 것입니다. 따라서 교반조건에 따라 달라지는 고체 입자의 부유 상태를 교반기 내 유동 형태와 각 위치에서 유동의 변화를 연계하여 고체-액체 교반을 분석하였습니다.