Journal of Energy Engineering (에너지공학)

The Korean Society for Energy (한국에너지학회)
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Suggestion of the Analysis Model and Verification on Rotating Flow in Stirred Tanks Using CFD

전산유체역학을 이용한 교반 탱크 내에서의 회전유동에 대한 해석 모델의 제안 및 검증

  • Hwang, Seung Sik (Dept. of Mechanical Engineering, Kookmin University) ;
  • Yong, Cho Hwan (Dept. of Mechanical Engineering, Graduate School of Kookmin University) ;
  • Choi, Gyuhong (Dept. of Mechanical Engineering, Kookmin University) ;
  • Shin, Dohghoon (Dept. of Mechanical Engineering, Kookmin University) ;
  • Chung, Tae Yong (Dept. of Mechanical Engineering, Kookmin University)
  • Received : 2013.01.15
  • Accepted : 2013.02.27
  • Published : 2013.03.31
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Abstract

Stirred tank is widely used in various industries for mixing operations and chemical reactions for single- or multi-phase fluid systems. For designing agitator of high performance, quantity data of internal flow characteristics influenced by mixing performance are definitely confirmed but quantity analysis about the transient flow characteristics of complicate structure is recognized as difficult problem in the present. In this study, two models of commercial CFD code Fluent 6.3 used to propose suitable for the tank analysis. Agitation of Stirred tank is analyzed using a mixed model and the flow in the stirred tank is analyzed using a standard k-${\varepsilon}$ model. Multiple reference frame(MRF) and Sliding mesh(SM), the analysis techniques were used For compare a result of CFD with a visualization experiment result, to grasp internal flow and mixing characteristic in stirred tank and to present fundamental analysis method.

교반 탱크(stirred tank)는 회전하는 임펠러(impeller)를 이용하여 단상 또는 다상의 유체를 지속적으로 유동시키는 장치로 여러 산업분야에 활용되고 있다. 우수한 성능의 교반기를 설계하기 위해서는 교반 성능에 영향을 미치는 다양한 내부유동특성의 정량적 데이터의 확보가 반드시 필요하지만, 복잡한 구조의 내부유동에 관한 정량적 해석은 현재까지 어려운 문제로 인식되고 있다. 본 연구에서는 전산유체 해석을 통해 교반 탱크에 적합한 기법을 제안하기 위해 Flunet 6.3의 두 가지 모델을 사용하였다. mixture model을 이용하여 교반 탱크 혼합을 해석하였으며, standard, k-${\varepsilon}$ model을 이용하여 교반 탱크 내의 유동을 해석하였다. 해석 기법으로는 다중 좌표계(Multiple Reference Frame)와 이동 격자(Sliding Mesh) 기법을 이용하였다. 전산유체해석 결과를 가시화 실험 결과와 비교하여 교반 탱크의 내부 유동 및 혼합 특성을 파악하고, 교반 탱크 내부 유동 해석 시 적절한 해석기법 선정의 기초자료를 제시하였다.

Keywords

References

  1. Harvey III, A. D., and Rogers, S. E. "Steady and unsteady computation of impeller-stirred reactors", AIChE J., 1996, Vol. 42, pp. 2701-2712 https://doi.org/10.1002/aic.690421002
  2. Fentiman K. Ng, J. N., Lee K. C., and Yianneskis, M., "Assessment of sliding mesh CFD predictions and LDA measurements of the flow in a tank stirred by a Rushton impeller", Chem. Eng. Res. Des., 1998, Vol. 76, pp. 737-747 https://doi.org/10.1205/026387698525315
  3. Al-Rashed, M. H., and Jones, A. G., "CFD modelling of gas-liquid reactive precipitation", Chem. Eng. Sci., 1999, Vol. 54, pp. 4779-4784 https://doi.org/10.1016/S0009-2509(99)00194-3
  4. Panneerselvam, R., Savithri, S., and Surender, G. D., "CFD modeling of gas-liquid-solid mechanically agitated contactor", Chem. Eng. Res. Des., 2008, Vol. 86, pp. 1331-1344 https://doi.org/10.1016/j.cherd.2008.08.008
  5. Hirata, Y. and Y. Aoshima, "Formation and growth of cavern in yield stress fluids agitated under baffled and non-baffled conditions", Chem. Eng. Res. Des., 1996, Vol. 74a, pp. 438-444
  6. 이승엽, 전현태, 남청도, 이영호, "교반기의 임펠러 형상 및 회전속도별 CFD 해석", 대한기계학회 부산지부, 2007년도 춘계학술대회 논문집, pp. 29-34
  7. Harvey III. A.D., Rogers S.E, "Steady and unsteady computation of impeller-stirred reactors", AIChE, Journal, 1996, Vol. 42, pp. 2701-2712 https://doi.org/10.1002/aic.690421002
  8. Al-Rashed M.H., Jones A.G., "CFD modelling of gas}liquid reactive precipitation", Chemical Engineering Science, 1999, Vol. 54, pp. 4779-4784 https://doi.org/10.1016/S0009-2509(99)00194-3
  9. Pneerselvam R., Savithri S., Surender G.D, "CFD modeling of gas􍾢liquid􍾢solid mechanically agitated contactor", Chemical Engineering Research and Design, 2008, Vol. 86, pp. 1331-1344 https://doi.org/10.1016/j.cherd.2008.08.008
  10. Kaminoyama M., Nishi K., Misumi. R, Inue. T, "Numerical analysis of the mixing process of heterogeneously viscous system with high concentration slurry liquids in s stirred vessel", Journal of chemical engineering of Japan, 2007, Vol 80, No. 8, pp. 645-651
  11. Fluent 6.3 User Guide, Fluent Inc., 2006.