2 상 유동 및 물질전달 특성에 미치는 오리피스 노즐형상과 소요동력의 영향

양희천(Hei Cheon Yang) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集B Vol.40 No.4

호기성 수처리 과정의 폭기에 소요되는 에너지의 이용효율을 높이기 위해서는 물질전달 특성뿐만 아니라 소요동력에 대한 연구가 필요하다. 본 논문은 수직 2 상 유동 및 물질전달 특성에 미치는 오리피스 노즐형상과 소요동력의 영향에 대한 실험적 연구를 목적으로 한다. 측정 변수들을 이용하여 유량비, 소요동력, 물질전달 계수 그리고 물질전달 효율을 산출하였다. 소요동력이 커지면 물질전달 계수는 증가하는 반면에 유량비와 물질전달 효율은 감소하였다. 무차원 면적비가 작은 오리피스 노즐의 유량비, 물질전달 계수 및 효율이 높게 나타났다. 물질전달 특성에 미치는 유량비, 소요동력 그리고 프라우드 수의영향을 평가하기 위한 실험식을 제시하였다. It is necessary to investigate the input power as well as the mass transfer characteristics of the aeration process in order to improve the energy efficiency of an aerobic water treatment. The objective of this study is to experimentally investigate the effect of orifice nozzle design and input power on the flow and mass transfer characteristics of a vertical two-phase flow. The mass ratio, input power, volumetric mass transfer coefficient, and mass transfer efficiency were calculated using the measured data. It was found that as the input power increases the volumetric mass transfer coefficient increases, while the mass ratio and mass transfer efficiency decrease. The mass ratio, volumetric mass transfer coefficient, and mass transfer efficiency were higher for the orifice configuration with a smaller orifice nozzle area ratio. An empirical correlation was proposed to estimate the effect of mass ratio, input power, and Froude number on the volumetric mass transfer coefficient.

흡수식 냉동기용 흡수기 전열관의 형상에 따른 열 및 물질전달 특성

고지운,배경진,권오경 대한설비공학회 2023 설비공학 논문집 Vol.35 No.12

본 연구에서는 LiBr 수용액의 액막 레이놀즈수, 농도, 입구온도와 냉각수의 입구온도 및 유속에 따른 흡수기 전열관 별 열 및 물질전달 특성 비교실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 흡수기의 열전달량과 총괄열전달계수는 관내 측 레이놀즈수와 LiBr 수용액의 입구온도가 높을수록 증가하는 경향을 나타내었으며, Bare에 비해 End-cross의 열전달량 및 총괄열전달계수는 각각 36.17 및 40.55% 상승하였다. (2) 액막 레이놀즈수와 LiBr 수용액의 농도가 높아질수록 열전달량, 총괄열전달계수, 관외 측 열전달계수 및 누셀트수 모두 증가하는 경향을 나타낸다. 액막 레이놀즈수가 30일 때 Bar 및 End-cross의 관외 측 열전달수는 각각 1.079 및 1.575 kW/m2-K으로 나타났으며, Bar에 비하여 End-cross가 45.97% 성능이 향상된 것을 알 수 있다. (3)흡수기에서 물질전달계수는 액막 레이놀즈수가 30일 때까지 증가하였으며, 이후 대부분 증가폭이 낮아지거나 동등한 수준인 것으로 확인되었다. 실험범위에서 Bare 및 End-cross의 물질전달계수의 범위는 각각 0.129~1.133 및 0.298~1.367 m/h로 나타났다. (4) 본 연구에서는 흡수기에 사용된 전열관 2종에 대하여 관외 측 누셀트수 상관식을 제안하였고, 오차범위 ±20% 내에서 대부분 일치하였다. 해당 연구를 통해 얻은 상관식은 흡수기 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. This study examined heat and mass transfer characteristics of absorber heat transfer tubes for absorption chillers. The experiments were conducted using bare and end-cross as the absorber heat transfer tube for the absorption chiller. The variables chosen for the experiment were the inlet conditions of the LiBr aqueous solution and the cooling water. The results showed that with an increase in Reynolds number of cooling water and film Reynolds number, the heat transfer rate, overall heat transfer coefficient, and outside heat transfer coefficient increased. Furthermore, it was observed that as the LiBr solution concentration increased, the overall heat transfer coefficient and the outside heat transfer coefficient also increased, while the overall heat transfer coefficient tended to decrease when the cooling water inlet temperature increased. At a film Reynolds number of 30, the outside heat transfer coefficients of the bare and end-cross tubes were determined to be 1.061 and 1.537 kW/m2-K, respectively, and the performance of the end-cross was improved by 44.86%. In the absorber, the mass transfer coefficient increased until the film Reynolds number was 30, after which it was confirmed that the increase was mostly lower or zero. We propose experimental correlations of Nusselt number for bare and end-cross tubes, which yield a ±20% error band.

오리피스 노즐 수직 2 상 유동의 물질전달 특성

김동준(Dong Jun Kim),양희천(Hei Cheon Yang) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集B Vol.39 No.10

본 논문은 수직 오리피스 노즐의 유동 및 물질전달 특성에 대한 실험적 연구를 목적으로 한다. 구동유체 및 부유체의 유량, 용존산소 농도 그리고 소비 전력을 측정하였으며, 고속 카메라를 이용한 직접 촬영 기법으로 수직 혼합유동의 가시화 이미지를 획득하였다. 측정자료를 이용하여 질량비, 총괄 산소전달 계수 그리고 물질전달 성능계수를 도출하였다. 구동압력이 증가하면 질량비는 약간 감소하는 반면에, 산소전달 계수와 소비전력은 증가하였다. 구동압력이 증가하고 질량비가 작아지면, 기포의 미세화가 촉진되고 확산도가 증대되기 때문에 산소 전달율이 증가하였다. Experiments were carried out to investigate the flow and mass transfer characteristics of an orifice nozzle. Measurements of primary and suction flow rates, dissolved oxygen concentration, and electric power were obtained. Vertically injected mixed-jet images were captured by a direct visualization technique with a high speed camera unit. The mass ratio, volumetric mass transfer coefficient, and mass transfer performance were calculated using the measured data. As the primary flow pressure increases, the mass ratio decreases slightly, while the volumetric mass transfer coefficient and electric power increase. As the primary flow pressure increases and the mass ratio decreases, the mass transfer rate increases because of the fine bubbles and wider distribution of the bubbles.

벤젠 흡착공정에서의 물질전달계수에 관한 연구

권준호(Jun-Ho Kwon),최문규(Moon Kyu Choi),서성섭(Sung-Sup Suh) 한국청정기술학회 2008 청정기술 Vol.14 No.1

흡착공정의 흡착속도를 표현하는 여러 가지 물질전달 모델들 가운데, 식의 형태가 비교적 간단한 선형추진력(Linear Driving Force, LDF) 모델이 많이 사용된다. 본 연구에서는 벤젠을 분리 및 제거하기 위한 실제 흡착공정에서 이 물질전달모델의 적용가능성을 알아보고자 하였다. LDF모델에 의한 전산모사 결과와 동적 실험에서 구한 실험값을 비교함으로써 흡착공정의 물질전달 계수를 구하였다. 여러 다른 값의 온도 및 압력에서 얻은 파과곡선을 이용하여 물질전달계수의 온도 및 압력에 대한 의존관계를 알아보았다. 물질전달계수의 온도와 압력에 대한 의존성은 각각, 아레니우스함수와 지수함수 형태의 경험식으로 표현할 수 있었다. Among various mass transfer models to express adsorption rates for any adsorption processes, the linear driving force (LDF) model is used most. The present investigation aims at finding whether this model may be applied to real adsorption process for separation and removal of benzene. Comparison of numerical simulation results calculated by the LDF model with experimental data allowed us to find the mass transfer coefficients that are most appropriate for a specific adsorption process. Various breakthrough curves were obtained from experiments performed at many different temperatures and pressures, which in turn produced suitable mass transfer coefficients. These dependencies of mass transfer coefficient on temperature and pressure were represented by an Arrhenius type- and a power law type empirical equation, respectively.

경사진 평판에서의 국소물질전달 특성에 관한 실험적 연구

유성연(Seong Yeon Yoo),조우식(Woo Sik Jo),조웅선(Woong Sun Cho) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.5

본 연구의 목적은 평행 평판과 경사진 평판의 물질전달 특성을 비교하여 경사각에 따른 유동의 박리와 재부착이 물질전달에 미치는 영향을 규명하는 것이다. 나프탈렌승화법을 사용하여 평판에서의 국소물질전달계수를 측정하였으며, 평균물질전달계수는 주어진 측정면에 대하여 국소물질전달계수를 평균하여 구하였다. 평판의 경사각은 10°에서 -10°까지 5°간격으로 변화시켰으며 유동 속도는 2㎧에서 15㎧까지 변화시켰다. 양의 각으로 경사진 평판에서 국소 Sherwood 수는 경계층이 발달하면서 감소하는 경향을 보이고 있는며, 음의 각으로 경사진 평판의 경우는 재순환 와류의 박리점에서 최소값을 나타내고, 박리된 유동의 재부착점에서 최대값을 나타내었다. 평균 Sherwood 수는 음의 각과 양의 각 모두 평행 평판보다 낮았다. The purpose of this research is to investigate how the separated and reattached flow affect the mass transfer by comparing local mass transfer characteristics from the inclined flat plate with that of the parallel flat plate. The local mass transfer coefficients on the flat plate were measured using naphthalene sublimation technique, and the average mass transfer coefficients were calculated by averaging the local mass transfer coefficients on the measurement surface. Inclined angle of the flat plate was varied from -10° to 10° with 5° intervals, and the free-stream velocity was varied from 2㎧ to 15㎧. In case of the positive inclined angle, local Sherwood numbers decrease gradually because boundary layer thickness increases. On the other hand, the minimum value at the separation point of the recirculated flow and the maximum value at the reattachment point are observed for the negative inclined angle. Average Sherwood numbers for both positive and negative angle are lower than those of the parallel plate.

공기-물 혼합분류의 유량비에 따른 물질전달 특성

양희천(Hei Cheon Yang) 대한기계학회 2022 大韓機械學會論文集B Vol.46 No.5

본 연구는 중심노즐 이젝터를 이용한 공기-물 혼합분류의 물질전달 특성에 대한 실험적 연구를 목적으로 한다. 유량비에 따라 수조에 분출되는 혼합분류의 거동과 물질전달 계수 및 효율에 대해 정량적으로 분석하였다. 구동유량이 증가하면 유량비는 감소하고, 유량비가 증가하면 비 소요동력은 감소하였다. 유량비가 커지면 수평분류에서 부력분류로 천이되는 길이와 분류선단 도달길이가 감소하였다. 유량비가 커지면 총괄 물질전달 계수는 감소하며, 물질전달 효율은 약간 증가한 후에 감소하였다. The aim of this study was to experimentally investigate the mass transfer characteristics of air-water mixed jet with central nozzle ejector. Using the mass ratio, the mixed jet behavior discharged in a water tank, the mass transfer coefficient, and efficiency were analysed qualitatively. The mass ratio decreased with the primary flowrate, and the specific input power decreased with the mass ratio. Additionally, as the mass ratio increased, the transient length from horizontal jet to buoyancy jet, and the total penetration length of mixed jet decreased. Furthermore, with the increase in the mass ratio, the volumetric mass transfer coefficient decreased, while the mass transfer efficiency increased slightly and then decreased.

삼상슬러리 기포탑 반응기에서 기체-슬러리 물질전달의 Scaling

임현오(Lim, Hyunoh),서명재(Seo, Myungjae),강용(Kang, Yong),정헌(Jung, Heon),이호태(Lee, Hotae),김상돈(Kim, Sangdon) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

삼상슬러리 기포탑 반응기의 설계 및 Scale-up을 위하여 기포탑의 직경변화에 따른 기체-슬러리 계면에서의 물질전달 현상의 Similarity를 검토하고, 기체-슬러리 계면에서의 물질전달 현상과 슬러리 기포탑 반응기의 운전변수 및 반응물들의 물성들과의 연관성을 고찰하기 위하여 삼상슬러리 기포탑의 물질전달계(System)에서 주요 파라메타를 도출하였으며, 이들 파라메터들을 이용하여 슬러리 기포탑반응기의 물질전달 Scaling을 검토하였다. 물질전달계의 주요제어인자로는 기체-액체 부피물질전달계수(k_La), 슬러리상의 확산도(D_{SL}), 기포탑의 직경(D), 기포탑 반응기에 유입되는 기체의 유입속도(U_G), 기포탑 반응기 내부의 연속상인 슬러리상의 표면장력({sigma}_{SL}), 슬러리상과 기체상간의 밀도차({rho}_{SL}-{rho}_G) 그리고 슬러리상의 점도({mu}_{SL})등 슬러리 상의 물성을 선정하였으며 중력가속도(g)를 선정하였다. 물질전달계의 Scling을 검토하기위하여 이를 재구성하였으며 기포탑 반응기의 구조와 직경이 변화함에 따라 이들 무차원군의 변화양상을 고찰하였다. 실험적으로 측정된 물질전달계수와 Scaling에 의해 예측된 물질전달계수를 비교 검토함으로써 본 연구의 Correlation의 적용범위를 제시하였다.

연료전지용 판형 막 가습기의 유동방향에 따른 열 및 물질전달 특성에 관한 해석적 연구

윤성호(Sungho Yun),변재기(Jae Ki Byun),최영돈(Young Don Choi) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.5

연료전지 시스템에서 공급기체 가습은 연료전지 성능효율과 전해질막 수명 향상 측면에서 중요하다. 판형 막 가습기는 일반적으로 유동 방향에 따라 직교류와 대향류로 구분되고 판과 막 사이에서 고온 다습한 공기와 저온 건조한 공기의 열 및 물질전달이 이루어진다. 본 연구에서는 현열 및 잠열 ε-NTU법을 이용하여 입구 온도와 유량 변화에 따른 열 및 물질전달 성능 변화를 유동 방향에 따라 비교하였다. 이를 통하여 저유량 일 때 대향류는 직교류 보다 열 및 물질전달 성능이 높은 것을 알 수 있었고 유량이 증가함에 따라 성능 차이가 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 입구온도가 증가함에 따라 열전달 성능 변화는 작은 반면 물질전달 성능 변화는 비선형으로 크게 감소되는 결과를 얻었다. The humidifying supply gas is important in terms of the performance efficiency and membrane life improvement of a PEM fuel cell. A planar membrane humidifier is classified as a cross-flow and counter-flow type depending on the flow direction, and heat and mass transfer occur between the plate and the membrane. In this study, the changes in heat and mass transfer for various inlet temperatures and flow rates are compared according to the flow direction by using the sensible and latent ε-NTU method. The obtained results indicate that the counter flow shows higher heat and mass transfer performance than the cross flow at a low flow rate, and the difference in performance decreases as the flow rate increases. Furthermore, changes in the mass transfer performance decrease considerably with a nonlinear increase in the inlet temperature, and variations of the heat transfer performance are small.

MLVSS에 따른 Jet Loop Reactor (JLR)에서 동력량과 공기량이 산소전달률에 미치는 영향

윤애화(Ae Hwa Yoon),배종훈(Jong Hun Bae),임현우(Hyun Woo Lim),전항배(Hang Bae Jun),허태영(Tae Young Huh) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.12

산소전달률은 음폐수, 축산폐수 그리고 매립지 침출수와 같은 고농도 폐수처리를 호기성 공정으로 처리할 시 그 성과를 결정하는 아주 중요한 요소이다. 본 논문에서는, Jet Loop Reactor (JLR)를 이용하여 공기유량과 동력량을 운전조건의 변수로 두고 미생물의 농도에 따른 산소소비율(Oxygen uptake rate, OUR)과 물질전달계수(Volumetric mass transfer coefficient, KL·a)를 측정하였으며, 산출된 KL·a 값의 결과를 가지고 통계학적인 분석을 통하여 비선형 회귀 모형을 제안하여 보았다. 연구 결과, 미생물 농도를 높게 유지시켜야 하는 고농도 폐수를 적용할 경우에는, 동력량과 공기량은 산소전달률의 중요한 인자이며, 마지막으로 최종 비선형 회귀모형을 동력량과, 공기량 그리고 점성계수의 함수로 나타내보았다. Oxygen transfer rate generally determines the performance of an aerobic wastewater treatment process that treats high strength wastewater such as food wastewater, animal wastewater and landfill leachate. In this paper, OUR and KL·a were evaluated by using Jet Loop Reactor (JLR) according to the concentration of a mixed liquor volatile suspended solid (MLVSS), oxygen (air) flow rate and energy input as the variable of the operating conditions. Also, a nonlinear regression model was proposed by the statistical methods with the calculated KL·a. As a results, in case of applying the high strength wastewater which has to maintain high MLVSS, the energy input and the air flow rate are major parameters oxygen transfer rate in JLR. Finally, the final nonlinear regression model had been developed as a function of E/V, Qg, and μc.

밀폐형 냉각탑용 열교환기에서의 물질전달

유성연(Seong-Yeon Yoo),김진혁(Jin-Hyuck Kim),한규현(Kyu-Hyun Han),김주상(Joo-Sang Kim),유해성(Hae-Sung Ryu),박형준(Hyoung Joon Park) 대한설비공학회 2009 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2009 No.-

The use of cooling towers in the air conditioning systems of buildings is increasing. In closed wet cooling towers, the heat transfer between the air and surface tubes can be composed of the sensible heat transfer and the latent heat transfer. The latent heat transfer is affected by the air and spray water. This study provides a designing methodology of heat exchanger for closed wet cooling tower. The correlation equation was derived to interpret the mass transfer coefficient based on the analogy of the heat and mass transfer and the experimental results. The results from this correlation equation showed fairly good agreement with experimental data.