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문제 정의
- 디스플레이 제조 등 다양한 응용 분야에서 활용되고 있는 기능성 코팅액의 품질은 코팅액에 기능성 나노입자들을 고르게 분산시킬 수 있는 능력에 따라 크게 좌우된다. 따라서, 교반기 내부의 유동해석 기술을 바탕으로 한 교반기 설계 능력이 필요하며, 본 연구에서는 매우 높은 점성을 가지는 코팅액의 교반특성 분석을 목적으로 임펠러를 채용한 대형 회전 교반기 내 코팅액 유동현상에 대해 3차원 전산해석을 수행하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 유체유동 해석소프트웨어인 FLUENT를 활용하여 대형 교반기 내부의 복잡한 유동 특성을 전산해석하고자 한다. 특히, 교반기의 핵심 부품인 임펠러(impeller) 형상에 따른 유동 특성의 차이 뿐만 아니라 다양한 회전속도와 유체 점성계수에 따른 변화도 고찰하고자 한다.
- 해석을 수행한 결과, 다양한 설계 조건에도 불구하고 교반기 내부의 전체적인 유동 패턴에는 큰 변화가 없었다. 따라서, 이 절에서는 교반기 설계에 있어 매우 중요히 고려되어야 하는 교반기 구동에 필요한 동력을 중심으로 정량적인 비교를 하고자 한다.
- 이러한 분석 결과를 바탕으로 기존 교반기의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 방안을 도출하고 산업 현장의 애로사항 해결 및 기술력 향상에 기여하고자 한다.
- 따라서, 본 연구에서는 유체유동 해석소프트웨어인 FLUENT를 활용하여 대형 교반기 내부의 복잡한 유동 특성을 전산해석하고자 한다. 특히, 교반기의 핵심 부품인 임펠러(impeller) 형상에 따른 유동 특성의 차이 뿐만 아니라 다양한 회전속도와 유체 점성계수에 따른 변화도 고찰하고자 한다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 기존 교반기의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 방안을 도출하고 산업 현장의 애로사항 해결 및 기술력 향상에 기여하고자 한다.
가설 설정
- 본 연구에서 고려하고 있는 코팅액의 점성계수는 2,000에서 5,000 cP로 점도가 매우 높기 때문에 교반기 내부유동을 층류 비압축성 유동으로 가정하였다. 해석에 사용된 경계조건으로는 교반기의 벽면에 해당하는 옆면과 아랫면에서 점착조건을 사용하였으며, 교반기내 코팅액과 공기의 경계면에 해당하는 윗면에서는 공기와의 점성 전단력을 무시하여 대칭조건을 부여하였다.
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