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[국내논문] 혼합효율 개선을 위한 Shear Mixer의 시뮬레이션 기반 형상 설계
Simulation-Based Design of Shear Mixer for Improving Mixing Performance 원문보기

한국해양환경ㆍ에너지학회지 = Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy, v.20 no.2, 2017년, pp.107 - 116  

김태영 (펑션베이(주) 솔루션 그룹) ,  전규목 (부산대학교 조선해양공학과) ,  옥대경 (부산대학교 조선해양공학과) ,  박종천 (부산대학교 조선해양공학과)

초록
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해양 유정의 시추를 위한 드릴링이 진행되는 동안 원활한 드릴링 작업을 진행하기 위하여 드릴링 시스템을 순환하는 머드에 벌크가 Shear mixer을 통하여 첨가된다. 이러한 벌크 투입으로 조절된 머드의 물성치는 드릴링시스템 전반의 안정성에 영향을 주며, 머드와의 혼합이 이루어지는 Shear mixer의 성능개선은 전체 드릴링 시스템의 성능향상과 관계된다고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 Shear mixer내 혼상유동의 특징을 알아보기 위해 파이프형상의 관내 고체-액체 혼상유동 실험에서 측정된 고체 침전도결과(Gilles et al., 2004)를 시뮬레이션 결과와 비교검증을 수행한 후, 이를 통해 얻어진 관내 액체-고체 혼상유동 시뮬레이션 조건을 바탕으로 Shear mixer의 혼합효율을 개선시킬 수 있는 최적형상에 관한 시뮬레이션 기반 설계를 수행하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

When drilling operation is being performed, many physical and chemical changes are occurred near wellbore. To handle various changes of well condition and keep drilling process safe, additives of bulk, such as bentonite for increasing density of drilling mud, barite for increasing viscosity of drill...

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문제 정의

  • 이에 본 연구에서는 Mud mixing system에서 사용되는 Shear mixer 내 액체-고체 혼상유동에 관한 시뮬레이션을 수행하여 유동 특성을 파악하고, 이덕터(Eductor)의 형상변화에 따른 유동장의 변화를 통해 혼합효율 개선을 위한 최적 형상 파라미터를 연구하였다. 이 때, 액체-고체 시뮬레이션에 사용되는 물질은 모두 점성이 있는 유체로 가정하였으며, 혼상유동 해석에는 상용 소프트웨어인 STARCCM+를 이용하였다.
  • 이에 본 연구에서는 Mud mixing system에서 사용되는 Shear mixer 내 액체-고체 혼상유동에 관한 시뮬레이션을 수행하여 유동 특성을 파악하고, 이덕터(Eductor)의 형상변화에 따른 유동장의 변화를 통해 혼합효율 개선을 위한 최적 형상 파라미터를 연구하였다. 이 때, 액체-고체 시뮬레이션에 사용되는 물질은 모두 점성이 있는 유체로 가정하였으며, 혼상유동 해석에는 상용 소프트웨어인 STARCCM+를 이용하였다.
  • 서로 다른 물질의 인터페이스에서 운동량 교환을 고려하기 위하여, 본 연구에서는 혼상유동의 항력과 양력 및 난류확산에 의한 힘을 고려하였다.

가설 설정

  • 이에 본 연구에서는 Mud mixing system에서 사용되는 Shear mixer 내 액체-고체 혼상유동에 관한 시뮬레이션을 수행하여 유동 특성을 파악하고, 이덕터(Eductor)의 형상변화에 따른 유동장의 변화를 통해 혼합효율 개선을 위한 최적 형상 파라미터를 연구하였다. 이 때, 액체-고체 시뮬레이션에 사용되는 물질은 모두 점성이 있는 유체로 가정하였으며, 혼상유동 해석에는 상용 소프트웨어인 STARCCM+를 이용하였다.
  • [2004])에 관한 시뮬레이션을 통해 검증하였다. Fig. 2에 보이는 바와 같이, 실험에 사용된 관의 직경은 103 mm이며, 직선구간은 총 10 m로 입구에서는 규일한 분포도를 가지는 액체와 고체입자가 혼합되어 유입된다고 가정하였다. 속도 및 고체입자의 분포도 측정에 사용된 계측 구간은 출구로부터 1 m 구간(x=9~10 m)이다.
  • 시뮬레이션에 사용된 머드와 벌크는 균일한 상태로 가정하였으며, 머드의 밀도는 2194.6 kg/m3, 점성계수는 0.02238 kg/m·s, 벌크의 밀도는 2300 kg/m3, 평균 입자 크기는 10 μm로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
벌크 투입으로 인해 머드와 Shear mixer에는 어떠한 결과가 나타나는가? 해양 유정의 시추를 위한 드릴링이 진행되는 동안 원활한 드릴링 작업을 진행하기 위하여 드릴링 시스템을 순환하는 머드에 벌크가 Shear mixer을 통하여 첨가된다. 이러한 벌크 투입으로 조절된 머드의 물성치는 드릴링시스템 전반의 안정성에 영향을 주며, 머드와의 혼합이 이루어지는 Shear mixer의 성능개선은 전체 드릴링 시스템의 성능향상과 관계된다고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 Shear mixer내 혼상유동의 특징을 알아보기 위해 파이프형상의 관내 고체-액체 혼상유동 실험에서 측정된 고체 침전도결과(Gilles et al.
Shear mixer를 이용해 머드에 벌크를 첨가하여 드릴링 작업을 하는 이유는 어떠한 것을 제어하기 위함인가? 해양유정의 시추를 위한 드릴링이 진행되는 동안 유정에서는 많은 물리적 변화 및 화학적 변화가 발생한다. 이러한 변화들을 제어하며 원활한 드릴링 작업을 진행하기 위하여 드릴링 시스템을 순환하는 머드에 벌크라 불리는 첨가물이 Shear mixer을 통하여 첨가되게 된다.
벌크의 종류에는 어떠한 것이 있는가? 이러한 변화들을 제어하며 원활한 드릴링 작업을 진행하기 위하여 드릴링 시스템을 순환하는 머드에 벌크라 불리는 첨가물이 Shear mixer을 통하여 첨가되게 된다. 벌크의 종류로는 머드의 밀도를 높이는 물질인 벤토나이트, 점성을 높이는 물질인 바라이트, 화학적 성질을 바꾸는 고분자화합물 등이 있다. 이러한 벌크 투입으로 조절된 머드의 물성치는 드릴링시스템 전반의 안정성에 영향을 주며, 머드와의 혼합이 이루어지는 shear mixer의 성능개선은 전체 드릴링 시스템의 성능향상과 관계된다고 할 수 있다.
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참고문헌 (25)

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  2. CD-adapco, 2014, User guide STAR-CCM+ Version 9.02. 

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