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미세입자 제거를 위한 Multi Inner Stage Cyclone의 CFD 해석 및 검증
CFD Explanation and Verification of Multi Inner Stage Cyclone for The Particle Removal 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.18 no.1, 2013년, pp.149 - 156  

이상준 (평택대학교 환경에너지기술융합연구센터) ,  김춘이 (평택대학교 환경에너지기술융합연구센터) ,  이원주 (인하공업전문대학 컴퓨터정보과)

초록
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본 논문에서는 미세먼지를 제거하기 위하여 설계된 Multi Inner Stage(MIS) 사이클론을 대상으로 입자 제거 효율에 대한 모의실험을 수행하고, 실제 입자에 대한 제거 효율을 확인하고자 하였다. 배출부는 -1,000Pa의 음압조건으로 설정하고, 전산유체해석 프로그램인 STAR-CCM+의 난류 모델lagrangian method를 이용하여 $5{\mu}m$$10{\mu}m$ 입자에 대해 해석을 실시한 결과, 각각 55.7%와 64.1%의 집진효율을 보였다. 해석 결과와 MIS 사이클론 장비의 실제 입자에 대한 제거 효율의 비교를 위하여 열반응기(heat reactor)를 이용해 $SiO_2$ 입자를 생성시켜 실험을 수행하였다. 실제 생성된 $SiO_2$ 입자의 제거 효율 실험에서는 유량에 따라 63~76% 집진효율을 나타냈다. 전자주사현미경(SEM; scanning electron microscope)과 광대역 미세먼지입자 측정기(WAPS; wide range aerosol particle spectrometer)를 이용하여 실제 생성된 $SiO_2$ 입자의 크기는 15~30nm인 것으로 검증하였다. 이에 일반 상용 알루미나 입자($5{\mu}m$, $10{\mu}m$, 그리고 $20{\mu}m$)를 대상으로 MIS 사이클론의 입자 제거효율 실험을 재차 수행한 결과, 76~95% 정도의 제거효율을 보임으로써 유동 해석보다 실제 실험이 더 높은 제거효율을 보인다는 것을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, Commercial program, STAR-CCM+, was used for computer simulation. And also Multi Inner Stage(MIS) cyclone which especially designed for the real experiments of particle removal efficiency. Under negative pressure condition of outlet, computer simulation was performed to predict the rem...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 산업공정 중 발생하는 0.1~10㎛의 입자를 제거하기 위한 MIS 사이클론에 대해 유동해석을 실시하고, 실제 입자에 대한 집진 효율을 평가하였다. 5㎛와 10㎛ 입자에 대해 유동 해석한 결과 각각 55.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산업공정으로부터 배출되는 먼지의 크기는? 각종 산업공정으로부터 배출되는 먼지는 배출원에 따라 그 특성이 크게 다르며 입자크기 범위가 0.1~10㎛인 비산(飛散)먼지가 대부분을 차지한다. 대기의 비산먼지 중에서 입자 크기가 8㎛ 이하는 호흡기로 유입되는 입자크기로서, 6.
비산먼지 입자 크기에 따른 호흡기 유입은 어떠한가? 1~10㎛인 비산(飛散)먼지가 대부분을 차지한다. 대기의 비산먼지 중에서 입자 크기가 8㎛ 이하는 호흡기로 유입되는 입자크기로서, 6.0㎛이하인 것은 약 10% 정도가 인간의 폐로 유입되며, 4.0㎛ 이하인 것은 30%, 2.0㎛ 이하인 것은 약 80%, 1.0㎛ 이하인 것은 약 99%가 폐에 유입되어 침착된다[1]. 비산먼지는 바닥 먼지에 비해 중금속을 포함한 각종 유해성분들을 포함할 가능성이 높기 때문에 지정폐기물로 분류하여 처분하고 있으며, 공정에 따라 물리 화학적 특성 뿐 아니라 환경과 인체에 대한 유해성도 다르므로 주의해야한다[2].
비산 먼지를 배출하는 반도체 공정이 어떻게 경제적인 면에 영향을 미치는가? 이러한 비산 먼지 즉, 미세(微細) 먼지를 배출하는 산업공정 중 반도체 공정은 환경과 인체뿐만 아니라 경제적인 면에도 영향을 미친다. 반도체 공정에서 웨이퍼가 투입되어 완제품이 생산되기까지 많은 생산 공정 중 발생한 미세 먼지에 의해 반도체 칩의 성능과 수율에 변수가 생기게 되며, 이는 시장과 가격 경쟁력에 영향을 미친다[3].
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참고문헌 (10)

  1. J.H. Hong, "Industrial facilities in the fine dust control technology," Air cleaning technology, pp. 54-66, Mar. 2002. 

  2. J.W. Chung, Y.H. Lee, H.D. Lee, J.H. Park, G.I. Jun, and M.H. Cho, "Characteristics of Fly Ashes Emitted from Large Scale Industrial Process," Journal of Korea Society of Waste Management, Vol. 20, No. 2, pp. 179-185, Mar. 2003. 

  3. D.H. Baek and J.G. Nam, "Data mining using semiconductor yield improvement system," Proceedings of the Joint Conference of the Korean Institute of Industrial Engineers and The Korean Operations Research and Management Science Society, pp. 293-300, Daejeon, Korea, May 2002. 

  4. W. Wang, P. Zhang, L. Wang, G. Chen, L. Li, and X. Li, "Structure and performance of the circumfluent cyclone," Powder technology, Vol. 200, No. 3, pp. 158-163, June 2010. 

  5. S.W. Park, I.Y. Lee, and I.K. Chung, "Performance improvement of the dual cyclone air separator," Proceeding of the summer meeting of the Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, pp. 617-622, Yongpyong, Korea, July 1998. 

  6. H. Yoshida, Y., Y. Inada, K. Fukui, and T. Yamamoto, "Improvement of gas-cyclone performance by use of local fluid flow control method," Powder technology, Vol. 193, No. 1, pp. 6-14, July 2009. 

  7. J.H. Lee, H.J. Lim, S.T. Sim and K.W.Park, "Gas flow field of high-efficiency cyclone with CFD," Proceeding of the autumn meeting of the Korean Society of Mechanical Engineers, Vol. 10, No. 11, pp. 3060-3070, Nov. 2010. 

  8. J.K. Yong, C.N. Kim and Y.M. Jo, "A Numerical Analysis on the Flow Characteristics and the Collection Efficiency of Fine Particles in a cyclone," Vol. 20, No. 2, pp. 144-153, Feb. 2008. 

  9. Francisco Jose de Souza, Ricardo de Vasconcelos Salvo and Doego Alves de Moro Martins, "Large Eddy simulation of the gas-particle flow in cyclone separators," Separation and Purification Technology, Vol. 94, pp. 61-70, June 2012. 

  10. Rainier Hreiz, Caroline Gentric and Noel Midoux, "Numerical investigation of swirling flow in cylindrical cyclones," Chemical Engineering Research and Design, Vol. 89, No. 12, Dec. 2011. 

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