[논문]다중 노즐을 이용한 중앙 분사형 제트 펌프의 성능에 관한 연구

김명관; 권오붕; 김형근; 이천근

다중 노즐을 이용한 중앙 분사형 제트 펌프의 성능에 관한 연구
A Study on the Characteristics of Jet Pump Having Exteriorly Connected Multi-nozzles 원문보기

The characteristics of center-driver jet pump which have multi-nozzle were studied in this research. Jet nozzles are connected outside of the bend rather than inserted in the bend in order to transport solid materials or fish without any harm. Jet pumps having one nozzle, two nozzles, four nozzles, and sixteen nozzles were tested in this study. The efficiencies and performances of jet pumps were studied for several nozzles shape, for three different mixing chamber shapes, for two suction area shapes. All the efficiency curves for these cases are presented in this paper.

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가설 설정

압력 P_s, p_i P_j, p_d가 측정된 위치는 Fig. 2의 실험장치도에 나타나 있으며, 동일 수평선상에 놓여있으므로 위치 수두는 무시될 수 있고, 구동유체와 흡입유체는 비압축성 유체( p=일정 )로 가정 한다. 그리 고 수두비 N은 다음과 같이 정의된다.

제안 방법

Ps, Pd는: 디지털 압력계로 측정이 되어지며, 펌프에서 공급되는 구동유체 0는 플로트형 유량계로, 토출 유량 Qd 는 전자식 유량계로, 흡입 유량 0는 0와 Q의 차로서 구해진다. 본 실험에서는 수조 수면까지의 흡상높이 h_s를 450mm로 일정하게 하고 Q, 를 변화시키면서 제트펌프의 성능향상에 있어서 분사 노즐의 여러 형상, 토출관의 형상, 흡입관의 각도 등을 연구하였다.
본 연구에서는 중심 분류형 제트 펌프의 특이한 형태로서 밴드의 외부에 다중 노즐을 접속하여 어류나 기타 고형물의 이송에 적합한 제트부의 노즐 형상과 토출관, 흡입관의 각각 형상에 대하여 유량, 압력 성능 시험을 기반으로 고효율 펌프 설계에 기초적인 실험과 데이터 산출에 중점을 두고있다.
이송될 수 있어야 한다. 이러한 목적을 위해 벤튜리관, 축소부분과 확대부분이 없는 균일한 평관, 그리고, 확대부만 있는 혼합실을 각각 설치하여 이들을 비교하였고 이들의 단면도를 Fig. 5에 나타내었다.
이것은 실험과정 중에 발생하는 진동, 소음의 원인 중의 하나가 될 수 있다. 이러한 흡입유체가 혼합실로 유입시 발생하는 불안정한 유동흐름을 개선하고 손실을 줄일 수 있는 방안으로 α=45°로 제작하여 비교하였다.
제트 펌프의 노즐수에 따른 특성, 토출관 형상에 대한 특성 및 흡입관 입구 각도 (α)에 따른 특성을 실험하였으며, 결과는 다음과 같다.
8mm, 16개 노즐을 가진 경우의 1개 노즐직경은 5mm로 된다. 참고로 2개 노즐, 4개 노즐을 가진 경우는 위치에 따른 가능성을 보기 위 해 수직형과 수평형으로 나누어서 실험하였다. Fig.

대상 데이터

먼저 노즐 수에 따른 영향을 보기 위해, 노즐 길이 Ln을 10mm로 동일하게 하고 노즐수가 다른네 가지 경우 즉, 1개, 2개, 4개, 16개 노즐을 Table 1와 같은 실험 조건하에서 각각 실험하였다.
본 연구에 이용되는 제트 펌프는 중심 분류형으로서, 고형물이나 분말의 흡입 이송을 원활히 하기 위해 외부접속형으로 제작해서 실험한 것이다. 제트 펌프의 노즐수에 따른 특성, 토출관 형상에 대한 특성 및 흡입관 입구 각도 (α)에 따른 특성을 실험하였으며, 결과는 다음과 같다.

이론/모형

실험에 의해 측정된 흡입관, 고압실 입구, 제트부 출구 및 토출관에서의 압력, 속도, 위치를 베르누이 방정식을.이용하여 전 수두로 나타내면 다음과 같다

성능/효과

1) 노즐길이 L_n을 10mm로 하고 노즐 수를 1개, 2개, 4개, 16개에 따라 제트펌프의 성능을 조사한 결과, 노즐수가 1인 경우 가장 좋은 효율을 보였고, 2개, 4개, 16개 노즐은 비슷한 효율을 보였다. 구동유체의 집중된 고속분사로 인해 야기되는 진동, 소음, 이송 고형물의 손상 등을 줄이기 위해서는 2~4개의 노즐을 가진 다중노즐을 사용하는 것도 고려해 볼 수 있다.
흡입 유량의 증가에 따라 효율도 전반적으로 증가하지만 대부분의 경우에서 효율감소기를 가짐을 볼 수 있다. 13~17%의 효율 변화 폭을 보인 1개 노즐의 효율이 상대적으로 높게 나타났다. 그 이유로 노즐수가 1개인 경우, 다수의 노즐에 비해 노즐을 통과하는 제트류의 마찰 저항이 상대적으로 작아서 압력손실이 적게 되기 때문인 것으로 추측된다.
2) 혼합실의 형상을 확대 축소가 없는 평관, 벤튜리관, 확대관의 3가지 형상에 대해 실험을 한 결과, 혼합실 형상이 벤튜리관일 때가 평관, 확대관 일 때에 비하여 효율이 높게 나타났고, 유량의 범위가 가장 넓었다.
3) 흡입 유체가 혼합실로 유입시 발생하는 불안정한 유동흐름에 의한 손실을 줄일 수 있는 개선책으로 흡입유의 유입각도 α 를 45°로 한 경우의 제트 펌프에서 동일 유량비에 대해 높은 수두비를 보였고, 효율 또한 높았다.

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