이상유동(Two-phase flow) 현상은 열전달 특성과 열수력학적 현상의 변화를 야기한다. 이상유동은 여러 산업분야에서 존재하는 현상이며, 때문에 이상 유동에 관한 많은 연구들이 진행되었다. 또한 이를 모니터링 할 수 있는 다양한 방법들이 적용되어 연구되어왔다. 그러나 기존의 이상유동에 관한 모니터링 방법에 관한 연구들은 액체, 기체의 동시 유동이 존재하는 조건에서 진행되었지만, 흐르지 않는(stagnant) 액체 내에 흐르는 기체 조건에서의 모니터링 방법은 연구되지 않았다. 이 조건에서의 기포의 거동은 액체와 기체의 동시 유동이 존재할때와는 상대적으로 매우 불안정하며 기포의 분포는 불균일하다. 따라서 흐르지 않는 액체 내에 기체 유량이 존재할 때의 모니터링 방법에 관한 연구가 수행될 필요가 있다. 본 연구에서는 수직 관내에 ...
이상유동(Two-phase flow) 현상은 열전달 특성과 열수력학적 현상의 변화를 야기한다. 이상유동은 여러 산업분야에서 존재하는 현상이며, 때문에 이상 유동에 관한 많은 연구들이 진행되었다. 또한 이를 모니터링 할 수 있는 다양한 방법들이 적용되어 연구되어왔다. 그러나 기존의 이상유동에 관한 모니터링 방법에 관한 연구들은 액체, 기체의 동시 유동이 존재하는 조건에서 진행되었지만, 흐르지 않는(stagnant) 액체 내에 흐르는 기체 조건에서의 모니터링 방법은 연구되지 않았다. 이 조건에서의 기포의 거동은 액체와 기체의 동시 유동이 존재할때와는 상대적으로 매우 불안정하며 기포의 분포는 불균일하다. 따라서 흐르지 않는 액체 내에 기체 유량이 존재할 때의 모니터링 방법에 관한 연구가 수행될 필요가 있다. 본 연구에서는 수직 관내에 기포류 범위의 기체 유량조건에서 초음파와 초고속 카메라를 통해 진폭의 세기와 실제 기공률을 측정하는 실험을 통해 현상을 관찰하고 두 결과를 비교하여 상관관계를 파악하였다. 시험부(Test section)는 원통형 아크릴 관으로 제작되었으며, 높이는 1500 mm이고 내경 및 외경은 각각 55 mm, 75 mm 이었다. 시험부 내부는 순수(deionized water)로 채워져 있었으며, 시험부의 하단에 기체 유입부와 연결된 6 mm 실리콘 관을 통해 기체가 지속적으로 유입됐다. 이때 유입되는 기체는 공기(Air)이며, 20℃로 고정된다. 이때 기체의 유량 조건 범위는 3.3 x 10-6 m3/s ~ 39.0 x 10-6 m3/s 이었으며, 총 10개 조건의 기체 유량으로 지정하였다. 초음파는 하단에서 1100 mm 지점, 초고속 카메라는 하단에서 1160 mm 지점에 설치되었다. 초음파와 초고속 카메라를 이용하여 얻어진 신호와 이미지는 각각 처리되어, 특정 진폭, 기공률 데이터를 얻어내었다. 이 결과값들을 이용하여 확률밀도분포와 평균값의 추세를 확인하고 비교하였다. 또한 이를 통해 기포의 분포 및 탐지 빈도를 파악하였다. 기체 유량이 증가함에 따라 확률밀도분포는 점차 넓어졌으며, 확률밀도값은 점차 감소하는 추세가 확인되었다. 이는 다양한 크기의 기포가 탐지됨을 보여주었고, 탐지 빈도 또한 점차 증가하며, 유량이 증가함에 따라 더욱 더 큰 기포가 존재함을 보였다. 추가적으로 기공률 데이터를 이전 연구에서 수행된 결과값들과 비교하였다. 비교 결과 Ellis 상관식과 잘 맞았다. 두 실험의 결과에서 확률밀도분포, 평균값은 비슷한 추세를 보였으며, 두 실험 데이터간의 상관관계를 Pearson correlation coefficient로 확인한 결과, -0.97488의 값으로 높은 상관관계를 보였다. 따라서 두 데이터간에 선형적인 상관관계가 있으므로 두 결과의 상관식을 exponential regression을 통해 curve fitting하여 만들었다. 제안된 상관식과 실험값과의 오차를 파악하기 위해 5번의 실험을 반복하여 추가 결과를 얻었으며, 오차는 최대 12.12%로 잘 맞았다. 따라서 흐르지 않는 액체 조건에서의 초음파를 이용한 검사를 통해 특정 진폭이 주어진다면, 관 내부의 기공률이 평가될 수 있음이 확인되었다.
이상유동(Two-phase flow) 현상은 열전달 특성과 열수력학적 현상의 변화를 야기한다. 이상유동은 여러 산업분야에서 존재하는 현상이며, 때문에 이상 유동에 관한 많은 연구들이 진행되었다. 또한 이를 모니터링 할 수 있는 다양한 방법들이 적용되어 연구되어왔다. 그러나 기존의 이상유동에 관한 모니터링 방법에 관한 연구들은 액체, 기체의 동시 유동이 존재하는 조건에서 진행되었지만, 흐르지 않는(stagnant) 액체 내에 흐르는 기체 조건에서의 모니터링 방법은 연구되지 않았다. 이 조건에서의 기포의 거동은 액체와 기체의 동시 유동이 존재할때와는 상대적으로 매우 불안정하며 기포의 분포는 불균일하다. 따라서 흐르지 않는 액체 내에 기체 유량이 존재할 때의 모니터링 방법에 관한 연구가 수행될 필요가 있다. 본 연구에서는 수직 관내에 기포류 범위의 기체 유량조건에서 초음파와 초고속 카메라를 통해 진폭의 세기와 실제 기공률을 측정하는 실험을 통해 현상을 관찰하고 두 결과를 비교하여 상관관계를 파악하였다. 시험부(Test section)는 원통형 아크릴 관으로 제작되었으며, 높이는 1500 mm이고 내경 및 외경은 각각 55 mm, 75 mm 이었다. 시험부 내부는 순수(deionized water)로 채워져 있었으며, 시험부의 하단에 기체 유입부와 연결된 6 mm 실리콘 관을 통해 기체가 지속적으로 유입됐다. 이때 유입되는 기체는 공기(Air)이며, 20℃로 고정된다. 이때 기체의 유량 조건 범위는 3.3 x 10-6 m3/s ~ 39.0 x 10-6 m3/s 이었으며, 총 10개 조건의 기체 유량으로 지정하였다. 초음파는 하단에서 1100 mm 지점, 초고속 카메라는 하단에서 1160 mm 지점에 설치되었다. 초음파와 초고속 카메라를 이용하여 얻어진 신호와 이미지는 각각 처리되어, 특정 진폭, 기공률 데이터를 얻어내었다. 이 결과값들을 이용하여 확률밀도분포와 평균값의 추세를 확인하고 비교하였다. 또한 이를 통해 기포의 분포 및 탐지 빈도를 파악하였다. 기체 유량이 증가함에 따라 확률밀도분포는 점차 넓어졌으며, 확률밀도값은 점차 감소하는 추세가 확인되었다. 이는 다양한 크기의 기포가 탐지됨을 보여주었고, 탐지 빈도 또한 점차 증가하며, 유량이 증가함에 따라 더욱 더 큰 기포가 존재함을 보였다. 추가적으로 기공률 데이터를 이전 연구에서 수행된 결과값들과 비교하였다. 비교 결과 Ellis 상관식과 잘 맞았다. 두 실험의 결과에서 확률밀도분포, 평균값은 비슷한 추세를 보였으며, 두 실험 데이터간의 상관관계를 Pearson correlation coefficient로 확인한 결과, -0.97488의 값으로 높은 상관관계를 보였다. 따라서 두 데이터간에 선형적인 상관관계가 있으므로 두 결과의 상관식을 exponential regression을 통해 curve fitting하여 만들었다. 제안된 상관식과 실험값과의 오차를 파악하기 위해 5번의 실험을 반복하여 추가 결과를 얻었으며, 오차는 최대 12.12%로 잘 맞았다. 따라서 흐르지 않는 액체 조건에서의 초음파를 이용한 검사를 통해 특정 진폭이 주어진다면, 관 내부의 기공률이 평가될 수 있음이 확인되었다.
(Abstract) Two-phase flow must be considered in various engineering fields since heat and mass transfer characteristics are changed. Therefore, many researchers have measured bubbles to various method such as ultrasonic, visualization, electrodes, radiation technique. In this paper, void fractio...
(Abstract) Two-phase flow must be considered in various engineering fields since heat and mass transfer characteristics are changed. Therefore, many researchers have measured bubbles to various method such as ultrasonic, visualization, electrodes, radiation technique. In this paper, void fraction at each air volumetric rate was measured by using the ultrasonic pulse-echo technique. To check the reliability of pulse-echo technique, the results were compared with visualization technique. By using the pulse-echo technique of ultrasonic, the amplitude was obtained. The void fractions were measured, qualitatively by using the amplitude of 5th peak. From the results, probability density distribution(PDF) was made. Also, void fractions were calculated from the obtained images using the high-speed camera. Like the results of pulse-echo technique, the PDF was made. The trend of results for pulse-echo technique was similar with visualization technique. Therefore, pulse-echo technique results can be reliable and two-phase flow can be measured. From obtained void fraction and amplitude of average 5th peak, new correlation was proposed by using exponential regression method. The error between the proposed correlation and the experimental results was 12.12%. So, using the 5th peak amplitude, void fraction can be measured.
(Abstract) Two-phase flow must be considered in various engineering fields since heat and mass transfer characteristics are changed. Therefore, many researchers have measured bubbles to various method such as ultrasonic, visualization, electrodes, radiation technique. In this paper, void fraction at each air volumetric rate was measured by using the ultrasonic pulse-echo technique. To check the reliability of pulse-echo technique, the results were compared with visualization technique. By using the pulse-echo technique of ultrasonic, the amplitude was obtained. The void fractions were measured, qualitatively by using the amplitude of 5th peak. From the results, probability density distribution(PDF) was made. Also, void fractions were calculated from the obtained images using the high-speed camera. Like the results of pulse-echo technique, the PDF was made. The trend of results for pulse-echo technique was similar with visualization technique. Therefore, pulse-echo technique results can be reliable and two-phase flow can be measured. From obtained void fraction and amplitude of average 5th peak, new correlation was proposed by using exponential regression method. The error between the proposed correlation and the experimental results was 12.12%. So, using the 5th peak amplitude, void fraction can be measured.
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