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문제 정의
- 이와 같이 전기집진기 내에서 입자의 지름에 따라 입자가 받는 힘을 고려하여 수치해석 및 실험을 수행하였으나 전기집진기의 집진효율에 영향을 미치는 다른 성능 인자들에 대한 집진 현상과 집진효율에 대한 논의가 부족하였다. 따라서 본 연구에서는 코로나 방전기가 없는 전기집진기에서 입자에 작용하는 힘들을 고려하여 미세입자들의 거동을 모사하고 다양한 인자(입구 유량, 인가전압, 입자 지름)들이 집진효율에 미치는 영향을 분석하였다.
- 미세입자가 받는 정전기력은 식 (5)에서도 알 수 있듯이 입자가 가지는 전하의 수에 비례한다. 본 연구는 가장 작은 정전기력을 받는 하나의 음전하를 가진 미세입자 거동에 대해 분석하였다. 또한 서브미크론 단위의 입자 크기를 고려하여 본 연구에서는 입자표면에서 기체가 미끄러지는 미끄럼(slip) 현상을 다음과 같은 미끄럼보정인자를 도입하여 모사하였다.
- 식 (11)와 (12)에서 집진효율은 입자의 체류시간이 증가하고 유체속도가 감소할수록 증가함을 알 수 있다. 본 연구는 전기집진기 내 입자 거동 해석을 통해 집진효율을 예측하고, 집진 성능에 영향을 미치는 입구 유량, 인가전압의 세기, 미세입자의 지름에 대한 집진효율을 기존의 이론적으로 예측된 집진효율과 상호 검증하였다.
- 본 연구에서는 코로나 방전기가 없는 전기집진기 내의 유동과 전기장의 영향을 받는 미세입자의 거동 모사를 통한 집진효율을 예측하기 위해 상용프로그램인 CFD-ACE를 이용하여 수치해석을 수행하였다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
- 본 연구에서는 코로나 방전기가 없는 전기집진기 내의 유동과 전기장의 영향을 받는 미세입자의 거동 모사를 통한 집진효율을 예측하기 위해 수치해석을 수행하였다. Fig.
- 하지만 코로나 방전은 부산물로 인체의 호흡기관에 악영향을 미치는 오존과 질소산화물을 만드는 단점이 있다(6). 이에 전기 분무(electrospray)를 이용한 오존 발생이 없는 전기집진기에 대한 연구가 진행되었고(7,8), 본 연구에서도 코로나 방전 시 발생되는 오존 및 질소산화물과 같은 유해 가스 발생을 방지하기 위해 코로나 방전기 없는 친환경 전기집진기(9)에 대한 수치 해석을 수행하여 집진효율을 예측하였다.
가설 설정
- 여기서, u는 유체의 속도, ρ는 유체의 밀도, µ는 유체의 점성, p는 압력, F는 중력과 전기장으로 인한 정전기력과 같이 유체에 작용하는 외력을 의미한다. 또한 코로나 방전이 일어나지 않는다고 가정하고 자기장의 영향 및 입자의 공간 전하밀도의 영향을 무시하고 정상 상태(steady state) 전류의 흐름으로 가정하면 전기장에 대한 지배방정식은 다음과 같다(16).
- 이 전기집진기는 Jang 등(9)의 실험에서 사용한 전기집진기를 형상화하였으며, 12 mm×12 mm의 5개의 전극을 바닥에 위치시켰다. 전기집진기 내의 유동과 전기장을 알아보기 위해 작동유체는 공기로 가정하였으며, 미세입자는 입구에 총 97개를 1 mm간격으로 배열하였고, 본 연구에서 사용한 미세입자와 공기의 물성값은 Table 1과 같다. Fig.
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