[논문]교반탱크에서 베플 형상의 영향에 관한 수치 해석적 연구

염상훈; 이석순

doi:10.20910/jase.2019.13.1.1

교반탱크에서 베플 형상의 영향에 관한 수치 해석적 연구
A Numerical Analysis on Effect of Baffles in a Stirred Vessel 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.13 no.1, 2019년, pp.1 - 10

염상훈 , 이석순 (국립경상대학교 대학원 기계항공공학부, ERI)

초록
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교반기에서의 유동 특성은 광범위한 산업 분야에서 매우 유용하다. 일반적으로 교반되는 용기에서의 유동 패턴, 전력 소비 및 혼합 시간은 임펠러의 설계뿐만 아니라 용기 형상 및 내부 구조에 달려 있다. 본 연구에서는 베플 형상과 임펠러의 상호 작용에 의해 생성되는 불안정하고 비정상상태의 복잡한 유동 특성 분석을 ANSYS FLUENT LES 난류 모델을 사용하여 수행하였다. Axial Flow 와 Radial Flow 두 가지 타입의 회전 임펠러와 3가지 베플의 형상 사이의 상호 작용과 영향을 전산유체역학(CFD)으로 예측 비교함으로써 교반 시 임펠러와 베플 주변에서의 유동 특성과 혼합 유동장에서 상대적으로 효율적인 경향을 보이는 설계 모델을 검증할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The flow characteristics in a stirred tank are very useful in a wide variety of industrial applications. Generally, the flow pattern, power consumption and mixing time in stirred vessels depend not only on the design of the impeller, but also on the tanks' geometry and internal structure. In this study, the analysis of an unstable and unsteady complicated flow characteristics generated by the interaction between the baffle shape and impeller were performed using the ANSYS FLUENT LES Turbulence Model. The study compared the predictions of CFD with the interaction between two types of rotating impellers (axial and radial flows) and the shapes of three baffles. The results of the comparison verified that the design model showed a relatively efficient trend in the mixing flow fields and characteristics around the impeller and baffles during agitation.

주제어

표/그림 (27)

그림 Fig. 1 Schematic of mixing system
그림 Fig. 2 Baffle shapes for CFD
표 Table 1 Dimensions for mixing equipment
그림 Fig. 3 Geometry of Radial flow impeller
그림 Fig. 4 Geometry of Axial flow impeller
그림 Fig. 5-1 Schematic of mixing vessel
그림 Fig. 5-2 Computational model on xy plane(z=0)
그림 Fig. 6-1 Contours of velocity magnitude with radial flow impeller and baffle (a)(b)
그림 Fig. 6-2 Contours of velocity magnitude with radial flow impeller and baffle (c)(d)
그림 Fig. 7-1 Velocity vector field with radial flow impeller and baffle (a)(b)
그림 Fig. 7-2 Velocity vector field with radial flowimpeller and baffle (c)(d)
그림 Fig. 8-1 Contours of velocity magnitude with radial flow impeller and baffle (a)(b)
그림 Fig. 8-2 Contours of velocity magnitude with radial flow impeller and baffle (c)(d)
그림 Fig. 9-1 Velocity vector field with radial flow impeller and baffle (a)(b)
그림 Fig. 9-2 Velocity vector field with radial flow impeller and baffle (c)(d)
그림 Fig. 10-1 Contours of velocity magnitude with axial flow impeller and baffle (a)(b)
그림 Fig. 10-2 Contours of velocity magnitude with axial flow impeller and baffle (c)(d)
그림 Fig. 11-1 Velocity vector field with axial flowimpeller and baffle (a)(b)
그림 Fig. 11-2 Velocity vector field with axial flow impeller and baffle (c)(d)
그림 Fig. 12-1 Contours of velocity magnitude with axial flow impeller and baffle (a)(b)
그림 Fig. 12-2 Contours of velocity magnitude with axial flow impeller and baffle (c)(d)
그림 Fig. 13-1 Velocity vector field with axial flow impeller and baffle (a)(b)
그림 Fig. 13-2 Velocity vector field with radial flow impeller and baffle (c)(d)
그림 Fig. 14 Hv with radial impeller and baffles
그림 Fig. 15 Hv with axial impeller and baffles
그림 Fig. 16 Vv with radial impeller and baffles
그림 Fig. 17 Vv with axial impeller and baffles

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

전처리 프로세서로 ANSYS CFD/CFX Pre V16– 을 사용하였고 FLUENT V16 Solver 을 로 시뮬레이션을 수행하였으며 후처리기인 ANSYS CFD-Post로 유동 패턴과 특성을 분석하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	교반 시 임펠러와 베플 주변에서의 유동 특성과 혼합 유동장에서 상대적으로 효율적인 경향을 보이는 설계 모델을 검증할 수 있는 방법은 무엇인가?	본 연구에서는 베플 형상과 임펠러의 상호 작용에 의해 생성되는 불안정하고 비정상상태의 복잡한 유동 특성 분석을 ANSYS FLUENT LES 난류 모델을 사용하여 수행하였다. Axial Flow 와 Radial Flow 두 가지 타입의 회전 임펠러와 3가지 베플의 형상 사이의 상호 작용과 영향을 전산유체역학(CFD)으로 예측 비교함으로써 교반 시 임펠러와 베플 주변에서의 유동 특성과 혼합 유동장에서 상대적으로 효율적인 경향을 보이는 설계 모델을 검증할 수 있었다.
	용기에서의 유동 패턴, 전력 소비 및 혼합 시간은 무엇에 달려있는가?	교반기에서의 유동 특성은 광범위한 산업 분야에서 매우 유용하다. 일반적으로 교반되는 용기에서의 유동 패턴, 전력 소비 및 혼합 시간은 임펠러의 설계뿐만 아니라 용기 형상 및 내부 구조에 달려 있다. 본 연구에서는 베플 형상과 임펠러의 상호 작용에 의해 생성되는 불안정하고 비정상상태의 복잡한 유동 특성 분석을 ANSYS FLUENT LES 난류 모델을 사용하여 수행하였다.
	교반 혼합을 수행함에 있어 주의해야 할 점은 무엇인가?	교반은 정밀 화학, 석유 화학, 생명 공학, 고분자가공분야 뿐 만 아니라 화장품 및 소비재, 음식, 식수 및 폐수 처리 기타 등등 매우 다양한 산업분야에서 핵심적인 역할을 수행한다. 특히 수십 그램의 물질 부터 수십 톤까지의 물질을 혼합,분산, 반응, 분리하는 다양한 교반 공정은 유동의 정체점이 없도록 설계되어야 하고 균일하게 혼합되어야 한다.[3][4]

참고문헌 (15)

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상세보기
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상세보기
D. Kim, and K. Kim, "Computational Flow Analysis of a Large Scale Mixer for Nanopowder Dispersion in Coating Liquid," Journal of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 12, No. 3, September, 2013.
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원문보기 상세보기
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D. Kim, S. Bae, and J. Park, "Study on the Industrial Agitator's Impeller Shape Analysis Using CFD and Reverse Engineering," Korean Society of Computational Design and Engineering, Vol. 11, No. 5, pp. 359-364, 2006.
"Fluid and Gas Dispersion in Agitated Tanks," Macgraw-Hill, 1991.
ANSYS CFX Solver Manual 2009
ANSYS FLUENT/CFD Manual 2016
Yeong-Taek. Lim and Moon-sang. Kim, "Extension of Incompressible Flow Solver Algorithm to Analyze Compressible Flow field" Journal of Aerospace System Engineering, Vol. 2, No. 2, pp. 20-27, 2008

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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