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문제 정의
- 우선 장치 규모 확대에 있어서 장치의 크기와 전극의 표면적은 기하학적 유사성 (similarity)을 갖는다는 것을 기본 조건으로 삼았다. 그리고 주로 난류흐름에 적용되는 "유체의 단위 체적당 투입되는 에너지가 동일하다”는 기준을 채택할 경우와 또 주로 층류흐름에 적용되는 "교반기 날개끝 속도가 동일 하다”는 기준을 채택할 경우, 그 각각에 대하여 이론적인 계산 방법을 도출하고자 하였다. 그리고 임의의 소규모 전해반응장치에 대한 규모 확대의 일례를 제시하고자 하였다.
- 2와 같이 유동 시스템 고유의 상관관계를 가지므로, (4)~(6) 식을 만족시키는 n2를 시행착오법에 의하여 계산할 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 기하학적 유사성에 의하여 확대된 장치에 대하여 거기에 합당한 유동조건 즉, 교반조건을 구해냄으로써 대규모 장치로의 규모 확대가 가능케 하였다. 이상은 뉴톤형 유체에 적용할 수 있는 절차이며 만약 해당 유체가 비뉴톤형이라면 (3)식에서 μ대신 W 즉, 겉보기점도를 대입하면 된다.
- 그리고 주로 난류흐름에 적용되는 "유체의 단위 체적당 투입되는 에너지가 동일하다”는 기준을 채택할 경우와 또 주로 층류흐름에 적용되는 "교반기 날개끝 속도가 동일 하다”는 기준을 채택할 경우, 그 각각에 대하여 이론적인 계산 방법을 도출하고자 하였다. 그리고 임의의 소규모 전해반응장치에 대한 규모 확대의 일례를 제시하고자 하였다. 결과적으로 장치와 전극의 크기는 기하학적 유사성에 의하여 확대 배율에 따라 자동적으로 결정되고 전류밀도와 온도 등의 운전조건은 소규모 장치에서와 똑같이 유지되겠지만 전해질의 유동특성을 고수하기 위해서는 시스템 확대에 어떤 기준을 적용하느냐에 따라 거기에 합당한 유동조건 즉, 교반속도가 결정되어야 할 것이다.
- 본 연구에서는 pyroprocessing 공정 에 사용되는 소규모 전해 반응장치에 대하여 이를 대규모 장치로 확대하기 위한 규모 확대기법을 고찰하였다. 이 기법에서 장치의 크기와 전극의 표면적은 기하학적 유사성을 가진다는 것을 기본 조건으로 삼았으며, 전해질의 유동성을 나타내는 즉, Reynolds number(Re)와 Power number(Np)와의 상관관계는 문헌 조사에서 수집한 유동성 기초 자료들을 활용하였다.
- 본 연구에서는 전해질의 교반이 수반되는 전해 반응장치에 있어서 유체의 흐름이 뉴톤형 (Newtonian)인 경우와 비뉴톤형(non-Newtonian)인 경우를 망라하여 적용할 수 있는 규모 확대 기 법〔3~6〕을 고찰해 보고자 하였다. 우선 장치 규모 확대에 있어서 장치의 크기와 전극의 표면적은 기하학적 유사성 (similarity)을 갖는다는 것을 기본 조건으로 삼았다.
- 또 교반속도를 적절히 조절하여 전착물 생성속도와 수지상 전착물의 성장 억제 사이의 관계를 최적화시킬 수도 있기 때문이다〔2〕. 현재 국내에서는 한국원자력연구원에서 이러한 부류의 장치 개발을 위하여 실험실 규모(scale-1)의 장치를 만들어 기초실험을 행하고 있으나 장차 대규모(scale-2) 장치로 규모 확대 (scale-up)를 꾀해야 하므로 본 연구에서는 지금까지 수행되어 온 여러 연구결과들을 바탕으로 적절한 규모 확대 방법을 고찰해 보고자 하였다. 초기에 소규모의 장치를 만들어 실험을 수행하고 거기서 얻은 각종 데이터를 수집, 분석하여 장치의 효율을 최대한 높일 뿐만 아니라 대규모 장치로 규모 확대를 꾀하는 것이 공정 개발의한 수단이기 때문이다.
가설 설정
- l(a))와 대규모 장치(Fig.l(b))의 모든 대응길이의 비율은 이다. 즉,
- ④ n2 값을 가정한다.
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