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제안 방법
- PIV 시스템에 대한 실험조건으로 우선 대기의 온도가 25±1℃인 상태에서 실험을 수행하였으며 가시화입자는 입자가 유동장에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 물의 밀도와 거의 비슷한 Nylon 12를 사용하였다. 그리고 조명으로는 아르곤 이온 레이져(LEXEL社 7W)를 시험부의 측면에서 비추도록 설치하였고 레이저의 직진광을 시험부에 단면광으로 형성되도록 LLS 프로브를 이용하였다.
- PIV 실험과 기포의 상승 속도 실험은 두 가지의 유량 조건(Case I 과 Case H)에서 수행하였다. Case I의 경우 유량이 0.
- PIV 시스템에 대한 실험조건으로 우선 대기의 온도가 25±1℃인 상태에서 실험을 수행하였으며 가시화입자는 입자가 유동장에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 물의 밀도와 거의 비슷한 Nylon 12를 사용하였다. 그리고 조명으로는 아르곤 이온 레이져(LEXEL社 7W)를 시험부의 측면에서 비추도록 설치하였고 레이저의 직진광을 시험부에 단면광으로 형성되도록 LLS 프로브를 이용하였다. PIV 실험에 사용된 고속 카메라(photron- 240pps)는 레이저 조명과 수직으로 설치하고 프레임 속도를 30fps로 설정하였다.
- 기체 주입시스템을 공기-물 시스템에 적용하여 기포의 운동과 액상의 유동구조를 실험하여 다음과 같은 결론에 도달하였다.
- 기체 주입으로 형성된 수직상향 2상 유동현상을 알아보기 위하여 Fig.l과 같이 두 종류의 실험장치를 구성하였다. 우선, 시험부를 중심으로 기포의 속도를 측정하는 영상시스템 ①과 액상의 유동구조를 분석하기 위한 PIV 시스템 ②를 구분하여 도시하였다.
- 기포의 상승 속도를 측정하기 위한 고속 CCD 카메라(XC-HR300)는 1초에 55프레임을 촬영되도록 세팅되었으며 프레임간의 균일한 시간간격 ( △f=18ms)을 위해서 신호발생기 (function gen- erator)를 이용하여 5[V], 55[Hz]의 신호를 공급하였다. 액상 내에서 상승하는 기포의 이미지를 저장할 수 있도록 프로그래밍하였고 저장된 이미지를 분석하여 기포의 상승 속도를 구하였다.
- 기포의 상승 속도를 측정하기 위해 시험부를 노즐 부분(노즐 ~70 mm), 중간부분(50~ 130 mm), 그리고 자유표면부분(110~ 200mm)의 3부분으로 나누어 촬영하여 순간 상승 속도를 구하였다.
- 기포의 상승속도를 분석하기 위해서 기포는 붕괴되지 않고 상승하는 기포를 채택하였으며 후속 기포가 속도에 미치는 영향을 최소화하기 위해서 노즐로부터 이탈하여 단독으로 상승하는 기포를 선택하였다.
- 기포의 상승 속도를 측정하기 위한 고속 CCD 카메라(XC-HR300)는 1초에 55프레임을 촬영되도록 세팅되었으며 프레임간의 균일한 시간간격 ( △f=18ms)을 위해서 신호발생기 (function gen- erator)를 이용하여 5[V], 55[Hz]의 신호를 공급하였다. 액상 내에서 상승하는 기포의 이미지를 저장할 수 있도록 프로그래밍하였고 저장된 이미지를 분석하여 기포의 상승 속도를 구하였다.
- l과 같이 두 종류의 실험장치를 구성하였다. 우선, 시험부를 중심으로 기포의 속도를 측정하는 영상시스템 ①과 액상의 유동구조를 분석하기 위한 PIV 시스템 ②를 구분하여 도시하였다.
- 원통형 용기 내에 기체를 주입하여 수직상향 유동하는 기포의 유동과 기포 유동으로 인해 발생하는 액상의 유동구조에 대하여 두 가지의 유량 조건에서 분석하였다.
- 용기 내에는 작동유체인 물을 높이 200mm까지 채우고 용기 바닥 중앙에 노즐을 설치하여 압축기로부터 공급받은 공기가 액체 내로 주입되도록 하였다. 파이프 내의 공기압을 49 kPa(게 이 지압)로 일정하게 유지하고, 공기압의 맥동으로 인한 유량변화를 최소화하기 위해 공기압조정유닛을 설치하였다.
대상 데이터
- 실험장치에서 시험부는 높이와 직경이 각각 300 mm인 투명 아크릴로 제작하였으며, 가시화를 목적으로 원통형 외곽에 같은 재질로 사각의 아크릴을 설치하였다. 용기 내에는 작동유체인 물을 높이 200mm까지 채우고 용기 바닥 중앙에 노즐을 설치하여 압축기로부터 공급받은 공기가 액체 내로 주입되도록 하였다.
이론/모형
- Tacke et al (3)은 기포의 신호들을 가시적으로 확인할 수 있도록 오실로스코프를 사용하였으며, 연속적으로 발생하는 신호의 지연시간으로부터 기포의 상승속도를 구하는 2위치 신호법 (two-state signal method)을 이용하였다.
- 기체 주입시스템에 관한 연구는 기체가 주입될 때 기-액기 등에서 기포의 거동을 추적하는 연구와 액상의 유동구조를 파악하는 연구로 구분할 수 있겠다. 따라서 본 연구에서는 기-액기 등에서 상숭하는 기포의 속도를 측정하기 위해 고속 CCD 카메라를 이용한 영상기법을 이용하였으며 액상의 유동구조를 알아보기 위하여 PIV 시스템을 이용하였다.
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