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문제 정의
- 따라서 본 실험에서는 아이스슬러리의 점도 측정법의 하나로 회 전식점도계에 의한 아이스 슬러리의 손상 등이 발생할 우려가 없는 낙구식 점도계(3)에 의한 측정을 제안하고 실험 및 검토를 행했다.
제안 방법
- (2) 두 가지 재질의 낙하구를 사용하여, 물에서 측정한 속도값과 아이스슬러리에서 측정한 속도 값과의 비로 정리할 수 있는 속도비에 대한 최적측정 범위를 정리하였다.
- (3) Vand의 슬러리에 대한 정리식과의 비교를통해 아이스슬러리의 점도측정에 대한 본 실험의타당성에 대해서 검토하였으며, 의 범위(ZPF = 0.06~0.14)내에서 정리식을 도출하였다.
- IPF의 조정은 얼음입자를 생성시키는 메스실린더 내에 빙핵을 투입한 후 생성되는 얼음 입자를 항온 실내에서 채로 걸러 채집한 얼음의 직경을 현미경을 이용해 측정한 후 입자의 모양을 구형으로 가정하여 체적을 산줄하였다. 그리고 샘플 수를 이용해 얻은 총 얼음입자의 체적과 아이스 슬러리를 만들기 위한 물과의 체적비율로 소정의 IPF를 조정하였다.
- 가정하여 체적을 산줄하였다. 그리고 샘플 수를 이용해 얻은 총 얼음입자의 체적과 아이스 슬러리를 만들기 위한 물과의 체적비율로 소정의 IPF를 조정하였다.
- 그리고 아이스슬러리를 교반시켜 얼음입자가 아이스슬러리층내에서 균일한 분포가 되도록 조절한 후구를 낙하시켜 그 양상을 고속카메라(최고시간 폭 1/250 sec)로 촬영 해 일정구간 X를 통과하는데 걸리는 시간 f를 측정함으로써 점도를 산출하였다. 또한, 항온조에는 주위공기와의 열전달에 의한 영향을 차단하기 위해 촬영부분이외에는 단열재를설치하여 실험시간(1회 측정시간 약 1~2초)동안의 IPF는 일정하게 유지되었다.
- 따라서 실제의 아이스슬러리에 대한 점도 측정에는 알루미나구 및 유리구를 아이스 슬러리 내에 순차적으로 낙하시켜 낙하속도비가 같아질 때의 값(실선위에 데이터가 정렬할 때의 값, y =X)을샘플링 하여 아이스슬러리의 점도를 산출하였다.
- 따라서 실제의 측정을 행하기 전에 IPF = 0의 조건에서 낙하시켰을 때 d = 4 mm 및 6 mm 의 알루미나구, 그리고 d = 5mm의 유리구에 대해서 구의 낙하속도 분포를 0.01m 간격으로 측정하였다.
- 882를 사용하였다. 또한 아이스슬러리의 밀도 p는 7PF를 이용해 겉보기 밀도를 계산해 그 값으로 하였다.
- 먼저, 실험준비로서 얼음을 일정한 분포로 만들기 위해 점도 측정부에 윤활유 및 미리 IFF* 조정한 아이스슬러리와 플로리나트(Fluorinert, 불소계 불활성 액체)를 시험부인 아크릴제 원통에넣은 후 항온조에 넣어 얼음의 체적분율인 IPF 를 일정하게 유지되도록 온도를 조절하였다. 그리고 아이스슬러리를 교반시켜 얼음입자가 아이스슬러리층내에서 균일한 분포가 되도록 조절한 후구를 낙하시켜 그 양상을 고속카메라(최고시간 폭 1/250 sec)로 촬영 해 일정구간 X를 통과하는데 걸리는 시간 f를 측정함으로써 점도를 산출하였다.
- 본 실험에서는 미리 점도를 알고 있는 순수 한물(T=273.15K)을 이용해 보정계수 f를 구하고, 구가 일정구간 X를 진행했을 때의 거리와 시간 t 를 측정하여 식⑸를 이용해 유체의 점도를 산출하였다. 보정계수는 본 실험에서 사용한 아크릴판과의 마찰에 의해 발생하는 운동량의 증가에 대한 값을 정리한 것으로 앞에서 설명한 물을 이용하여 측정한 점도값에 대한 보정 계수를 의미하며 그 값은 구의 직경 및 유속의 변화에 따라 미세한 차이(유리구의 경우, 0.
- 본 실험에서는 아이스슬러리의 점도를 측정하기 위한 하나의 방법으로서 낙구식 점도 측정의 원리를 이용하여 실제로 아이스슬러리의 빙충진율의 변화에 따른 점도를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 그 원인으로는 구의 직경이 6 mm의 경우가 다른 구에 비해 커서 관벽 부근에서의 와동 영향이 생겼기 때문이라고 생각할 수 있다. 이와 같은 결과로부터 본 실험에서는 4 mm의 알루미나구와 5mm의 유리구를 이용하여아이스슬러리의 점도를 측정하였다.
- 7에 본 실험에서 사용한 얼음의 입자경 분포를 나타내었다. 충분히 냉각시킨 메스실린더(용적 500 ml)를 이용해 먼저 소정의 IPF를 갖는아이스슬러리를 만든 후 구의 낙하속도를 측정해점도를 산출했다.
대상 데이터
- 2에는 본 실험 장치의 개략도 및시험부 상세도를 나타내었다. 시험부에 있는 점도 측정부는 구의 낙하거리를 읽을 수 있도록 스케일을 부착시킨 내경 80mm, 길이 500mm의 아크릴 원통 및 두께 10 mm, 폭 170 mm의 아크릴판 그리고 동관을 삽입한 덮개로 구성되어 있다. 측정에 사용한 구는 촬영을 용이하게 수행하기위해 형광색으로 착색한 알루미나제 및 유리제의것을 사용했다.
- 점도측정에 사용된 구는 재질에 의한 영향(밀도에 의한 영향)과 체적에 의한 영향을 고려하기위해 알루미나로 만든 구와 유리로 만든 구를 사용하였다.
- 시험부에 있는 점도 측정부는 구의 낙하거리를 읽을 수 있도록 스케일을 부착시킨 내경 80mm, 길이 500mm의 아크릴 원통 및 두께 10 mm, 폭 170 mm의 아크릴판 그리고 동관을 삽입한 덮개로 구성되어 있다. 측정에 사용한 구는 촬영을 용이하게 수행하기위해 형광색으로 착색한 알루미나제 및 유리제의것을 사용했다.
성능/효과
- (1) 낙하구의 직경이 너무 크면 관벽과의 마찰이 상승하여 아이스슬러리의 점도측정에 영향을미치는 것을 알았다.
- Vand의 상관식으로 구한 아이스슬러리의 점도와 본 연구에서 측정한 점도는 경향은 유사하지만, 값에 있어서는 최대 150%(IPF = 0.14의 경우) 정도 차이를 보이고 있다. 이러한 차이가 발생한이유로서는 Vand가 발표한 상관식은 구형의 마이크로캡슐의 입자경이 0.
- 표에 있는 값들로부터 알 수 있는 바와 같이 각 유체간의 밀도차가 확연히 나타나고 있다. 따라서본 실험에서 각 유체간의 혼합은 일어나지 않았으며, 명확한 경계를 구성하고 있었다.
- 그리고 아이스슬러리를 교반시켜 얼음입자가 아이스슬러리층내에서 균일한 분포가 되도록 조절한 후구를 낙하시켜 그 양상을 고속카메라(최고시간 폭 1/250 sec)로 촬영 해 일정구간 X를 통과하는데 걸리는 시간 f를 측정함으로써 점도를 산출하였다. 또한, 항온조에는 주위공기와의 열전달에 의한 영향을 차단하기 위해 촬영부분이외에는 단열재를설치하여 실험시간(1회 측정시간 약 1~2초)동안의 IPF는 일정하게 유지되었다.
- 이 시간동안의 열의 이동을 최소한으로 줄이기 위해 실험은 항온실내에서 이루어졌으며, 실험 후 채집한 얼음입자의 체적이 실험초기의 값과 거의 일치하는 값을 얻었다. 단열재로 싸여있는 시험부가 항온조내에서 온도조절이 되고 있어 외부와의 열전달에 의한 7RF의 변화는 관찰되지 않았으며, 실험시간이 매우 짧기 때문에 아이스 슬러리에 분산되어 있는 얼음입자의 부상 역시 본 실험의 조건내에서 관찰되지 않았다.
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