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CFD를 이용한 테일러 반응기의 유동 특성에 관한 수치적 연구
Numerical Study on Fluid Flow Characteristics in Taylor Reactor using Computational Fluid Dynamics 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.40 no.1 = no.364, 2016년, pp.9 - 19  

이승호 (연세대학교 화공생명공학과) ,  심규환 (서울대학교 기계항공공학부) ,  전동협 (동국대학교 기계부품시스템공학과)

초록
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본 연구는 테일러 반응기내 각속도와 유입속도 변화에 따른 테일러 유동의 변화와 입자의 체류시간 변화를 전산수치해석 기법을 이용하여 알아보았다. 반응기내 유동은 각속도가 증가함에 따라 점점 불안정해지는 경향을 보였다. 유동은 레이놀즈 수의 증가에 따라 CCF, TVF, WVF, MWVF 영역으로 이동하게 되고 각 영역에서 상이한 유동특성을 보였다. 유입속도의 변화가 테일러 유동에 영향을 주는 것을 확인하였다. 각속도가 빠를수록, 그리고 유입속도가 느릴수록 입자의 체류시간과 표준편차는 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study investigated the variations of Taylor flow and particle residence time in a Taylor reactor according to the changes of angular velocity and inlet velocity using computational fluid dynamics technique. The results showed that the fluid in a reactor became unstable with an increase of angul...

주제어

#전산유체역학   #테일러 반응기   #테일러 유동   #입자체류시간   #입자추적  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
테일러 반응기란 무엇인가? 테일러 반응기(Taylor flow)는 Fig. 1과 같이 중심이 같고 반지름이 다른 두 실린더 내부사이로 유체가 흐르고 내부 실린더가 회전할 경우, 반응기 내에는 테일러 유동(Taylor flow)이 발생하며 이러한 테일러 유동을 이용하여 반응물을 혼합, 생산하는 장치이다. 유동이 임계값 보다 작은 경우에는 쿠에트 유동(Coutte flow)이 형성되고, 임계값 이상으로 실린더를 회전시키면 원심력에 의하여 유체는 회전하는 실린더의 반경 방향으로 밀려나는 경향이 생기며 유체는 불안정하게 되어 축 방향을 따라 일정한 패턴이 생기게 된다.
와류가 하나만 발생한다는 것을 통해서 무엇을 유추할 수 있는가? 그래프가 물결모양을 이루는 것은 반경방향으로는 와류가 하나만 발생하기 때문이다. 따라서 와류의 중심에서의 속도가 0이며, 반응기의 내벽과 외벽에서는 점착 조건(No slip)으로 인하여 축방향 속도는 0임을 알 수 있다. 이와 같은 결과를 바탕으로 본 연구에서 사용된 수치해석 모델이 실험결과와 비교하여 비교적 타당한 결과를 보이는 것을 확인하였고, 이를 이용해 테일러 수의 증가에 따른 작동유체의 유동 특성과 입자의 체류시간에 대한 관계를 수치적으로 알아보았다.
유동이 임계값 보다 작은 경우 형성되는 유동을 무엇이라고 하는가? 1과 같이 중심이 같고 반지름이 다른 두 실린더 내부사이로 유체가 흐르고 내부 실린더가 회전할 경우, 반응기 내에는 테일러 유동(Taylor flow)이 발생하며 이러한 테일러 유동을 이용하여 반응물을 혼합, 생산하는 장치이다. 유동이 임계값 보다 작은 경우에는 쿠에트 유동(Coutte flow)이 형성되고, 임계값 이상으로 실린더를 회전시키면 원심력에 의하여 유체는 회전하는 실린더의 반경 방향으로 밀려나는 경향이 생기며 유체는 불안정하게 되어 축 방향을 따라 일정한 패턴이 생기게 된다. 이때 이전의 층류유동에서는 볼 수 없었던 한 쌍으로 이루어진 대칭형의 테일러 와류(Taylor vortex)가 형성된다.
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참고문헌 (20)

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