• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.40 no.6
• /
• pp.347-355
• /
• 2016

This study presents a Lattice Boltzmann Method (LBM) coupled with a momentum-exchange approach/fictitious domain (MEA/FD) method for the simulation of particle suspensions. The method combines the advantages of the LB and the FD methods by using two unrelated meshes, namely, a Eulerian mesh for the flow domain and a Lagrangian mesh for the solid domain. The rigid body conditions are enforced by the momentum-exchange scheme in which the desired value of velocity is imposed directly in the particle inner domain by introducing a pseudo body force to satisfy the constraint of rigid body motion, which is the key idea of a fictitious domain (FD) method. The LB-MEA/FD method has been validated by simulating two different cases, and the results have been compared with those through other methods. The numerical evidence illustrated the capability and robustness of the present method for simulating particle suspensions.

• Membrane Journal
• /
• v.5 no.1
• /
• pp.16-25
• /
• 1995

먼지는 일반적으로 입자크기가 $10\mu\textrm{m}$ 이상의 강하 먼지와 $10\mu\textrm{m}$ 이하의 부유먼지로 구분하며, 이들의 먼지는 대기중에서 인간이나 동.식물에 주로 영향을 준다. 입자크기 범위가 $0.1~10\mu\textrm{m}$ 사이의 부유먼지는 주로 산업공정에서 연료의 연소 또는 고체상 물질의 분쇄 및 수송공정 등에서 주로 발생되며, 입자크기가 $2.5\mu\textrm{m}$이하인 것들은 대기중에서 황산화성 미세먼지와 질산화성 미세먼지로 전환되어 가시도(visibility)에도 큰 영향을 미친다. 대기중에 부유된 먼지중에서 $8\mu\textrm{m}$ 이하는 호흡시 호흡기로 유입되는 입자크기로써, 입자크기가 $6.0\mu\textrm{m}$ 이하인 것은 약 10% 정도가 인간의 폐내로 유입되고, $4.0\mu\textrm{m}$ 이하인 것은 30%, $2.0\mu\textrm{m}$ 이하인 것은 약 99%가 폐(lung)에 유입되어 폐에 침착된다고 보고하였다. 앞으로 산업발전이 계속됨에 따라서 먼지의 배출량이 계속 증가할 것이며, 이로 인해 먼지에 의한 대기오염이 심각해질 뿐만 아니라 인간에 미치는 피해도 심각해질 것으로 예측된다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 2011.11a
• /
• pp.745-749
• /
• 2011

Two-dimemsional liquid-solid multiphase fluid dynamics was used to analyze the suspension and mix of liquid fuel and solid particles in fuel tank installed mixing impeller. In this paper, the multiphase flow was modeled using Eulerian Grandular Multiphase model. Experimental measurements of the axial distribution of solids concentration in stirred tanks under 12vol% solid loading were used for comparison with the CFD simulation. Four cases for the impeller location and flow pumping direction also were reviewed under 10.5% solids loading and 700rpm in fuel mix tank. The result of quality of suspension was compared with each cases and the impeller location and operation of mixing fuel tank was established.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
• /
• 2005.10a
• /
• pp.31-34
• /
• 2005

This article has investigated the spatial distribution of the solid particles in polymerization reactors using CFD analysis (FLUENT v. 6.2.1). The suspension of the solids in stirred reactors is affected by a number of parameters including particle diameter, vessel shape, impeller size, impeller speed, and rotating direction of stirrer. The degree of solids suspension in the vessel was quantified with a statistical average value, ${\sigma}^2$. The best stirring conditions were determined based on ${\sigma}^2$, which was found to depend on the vessel bottom shape.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
• /
• v.14 no.1
• /
• pp.214-224
• /
• 1990

A "two-fluid" model using thermal eddy diffusivity concept and Lumley's drag reduction theory, is proposed to analyze heat transfer of the turbulent dilute gas-particle flow in a vertical pipe with constant wall heat flux. The thermal eddy diffusivity is derived to be a function of the ratio of the heat capacity-density products .rho. over bar $C_{p}$ of the gaseous phase and the particulate phase and also of the ratio of thermal relaxation time scale to that of turbulence. The Lumley's theory dictates the variation of the viscous sublayer thickness depending on the particle loading ratio Z and the relative particle size $d_{p}$/D. At low loading ratio, the size of viscous sublayer thickness is important for suspension heat transfer, while at higher loading, the effect of the ratio .rho. $_{p}$ over bar $C_{p}$$_{p}$/ .rho. $_{f}$ over bar $C_{p}$$_{f}$ is dominant. The major cause of decrease in the suspension Nusselt number at lower loading ratio is found to be due to the increase of the viscous sublayer thickness caused by the suppression of turbulence near the wall by the presence of solid particles. Predicted Nusselt numbers using the present model are in satisfactory agreements with available experimental data both in pipe entrance and the fully developed regions.

• Journal of Energy Engineering
• /
• v.14 no.1
• /
• pp.11-17
• /
• 2005

The purpose of this research is to develop the model of pressure drop per unit pipe length due to the turbulence modulations in particle-laden flows which can be applied to various fluid conditions. The wake behind a particle, particle size, loading ratio and density difference between two phases of particle-laden flow was considered. The frictional pressure drop was modeled with the force balance in control volume. The numerical results show good agreements with available experimental data and the model success-fully predicted the mechanism of the pressure drop in particle-laden flows.

• Proceedings of the Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry Conference
• /
• 2001.11a
• /
• pp.21-21
• /
• 2001

자원재활용과 원가절감를 위해 고지재활용율이 크게 상승하고 있으며, 이와 아울러 고 지원료로부터 고품질의 제품을 생산할 수 있는 기술에 대한 관심이 증대되고 있는 실 정이다. 저급 고지로부터 고품질의 탈묵펄프를 얻기 위해서는 고지재활용공정의 핵심 공정인 부유부상 공정의 효율화가 가장 중요하다고 믿어진다. 이를 위해서는 부유부상 공정에 가장 큰 영향을 미치는 고형입자의 표면 화학적 특성에 따른 공정의 분리효율 평가와 이에 근거한 공정해석과 개선이 요청된다. 이러한 부유부상 공정을 표면화학적 측면에서 구명하기 위해 마이크로 크리스탈린 셀룰로오스(Microcrystalline cellulose: M MCC)를 모댈 물질로 사용하여 표면화학적 특성은 다르나 입자의 크기와 형태는 동일 한 시료를 준비하였다. 친수성의 표면 특성을 나타내는 MCC의 표면 특성을 바꾸기 위 하여 AKD(alkyl ketene dimer)로 처리비율을 달리하여 솔벤트 사이징 처리를 실시하 였다. 이렇게 준비된 MCC의 표면화학적 특성을 IGC를 이용하여 평가하였다 .. IGC는 G GC를 응용한 표면분석 기술로 고체의 물리화학적 특성과 흡착성을 분석하기 위해서 사용되며 이로부터 흡착제의 표면특성을 평가할 수 있다. 본 실험에서는 AKD로 소수화 정도가 다르도록 소수화시킨 MCC 시료를 이용하여 I IGC 칼럼을 준비하고 n-알칸과 몇가지 극성 용매률 이용하여 이들의 칼럼 내 체류시 간을 측정함으로써 흡착특성을 평가하고 이로부터 흡착현상을 열역학적으로 분석하였다. IGC 분석 시에는 칼럼의 온도를 $30^{\circ}C$, $35^{\circ}C$, $40^{\circ}C$의 3수준으로 변화시켰다. 측정결 과로부터 MCC 표면의 흡착자유에너지와 엔탈피, 엔트로피의 변화량을 평가하였으며, 또한 MCC 표면의 극성에너지와 산염기적 성질을 평가하였다. 실험결과 MCC의 소수화도에 따른 열역학적 흡착현상의 차이가 명백하였다. 이는 소 수화 수준에 따라 소수성 및 친수성 물질의 흡착성이 변화된다는 것을 보여준다. 따라서 탈묵 시 진행되는 기포에의 부착현상을 평가할 수 있는 기초자료로 활용될 수 있다 고 사료되었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.39 no.2 s.163
• /
• pp.99-108
• /
• 2006

To describe the behavior of suspended-sediment particles in turbulent open-channel flows, the advection-diffusion equation or its simplified form has been used. Though this equation was derived upon several assumptions, only a few studies tried to evaluate the limit of the assumptions. The reason is that it is very difficult to measure turbulence in open-channel flows and to discriminate the velocities of water and sediment particles. The present study aims to measure the velocity profiles of water and sediment particles in open-channel flows by using PTV (Particle Tracking Velocimetry), a kind of PIV (Particle Image Velocimetry). The measured results showed that sediment particles moved slower than water tracers did in the outer region. In the present study, the amount of velocity-lag reached about $5\%$ of the mom flow velocity and the position of the maximum velocity-lag was $g/h\approx0.05\;(g^{+}=30\~50)$ The main cause of the velocity-lag of sediment particles seems that the sediment particles have larger density than water has. On the other hand, in the viscous sublayer, sediment particle has a larger velocity than water tracers. The reason of the inversion of velocity-lag may be due to the no-sleep condition of water at the solid boundaries.

• Journal of the Mineralogical Society of Korea
• /
• v.18 no.2
• /
• pp.127-134
• /
• 2005

Although the bulk composition of materials is one of the major considerations in extractive metallurgy and environmental science, surface composition and topography control surface reactivity, and consequently play a major role in determining metallurgical phenomena and pollution by heavy metals and organics. An understanding of interaction mechanisms of different chemical species at the mineral surface in an aqueous media is very important in natural environment and metallurgical processing. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) has been used as an ex-situ analytical technique, but the material to be analyzed can be any size from $100\;{\mu}m$ up to about 1 cm. It can also measure mixed solids powders, but it is impossible to ascertain the original source of resulting x-ray signals where they were emitted from, since it radiates and scans the macro sample surface area. The study demonstrated the ability of TOF-SIMS to detect individual organic species on the surfaces of mineral particles from plant samples and showed that the TOF-SIMS techniques provides an excellent tool for establishing the surface compositions of mineral grains and relative concentrations of chemicals on mineral species.

• Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
• /
• 2013.04a
• /
• pp.115-115
• /
• 2013

최근의 분진폭발은 플라스틱, 의약품, 목재, 곡물 저장고, 고체연료, 화학제품 제조공정 등을 포함하여 성형 및 가공 공정 등에서 화재폭발사고가 발생되고 있다. 폐목재를 재활용하여 PB(Particle board)를 생산하는 국내 제조사업장에서는 화재폭발 사고가 빈번히 발생하고 있어 예방대책이 요구되고 있다. 본 연구에서는 폐목재 제조공정의 사고예방과 목재분진 취급공정에 대한 안전대책 등을 제시하기 위하여 사고원인 물질인 폐목재 부유분진의 폭발특성실험을 실시하고 실험결과를 검토하였다. 또한 폐목재 분진의 화재폭발위험성을 상세히 평가하기 위하여 해당 물질의 자연발화점, 축열저장시험, 및 최소점화에너지 등의 화재폭발위험특성값을 실험적으로 조사하였다. 본 연구에서 사용한 폐목재 시료의 비구형 입자형태를 가지는데 입도분석기의 측정 결과 평균 입경은 $15.96{\mu}m$로 조사되었다. 또한 목재 분진의 함수율은 3.88%이며 중금속함유량은 1.73%이다. 자연발화점 측정결과 $225.5^{\circ}C$로서 비교적 낮게 측정되었고 퇴적분진에 대한 화재의 위험성은 높게 나타났다. 반면에 축열저장시험 결과를 통하여 공정관리 온도 및 보관온도를 $150^{\circ}C$ 이하로 관리하면 축열에 의한 자기분해 위험성은 낮은 것으로 판단되었다. 그러므로 축열에 의한 화재폭발 등의 위험성은 낮은 것으로 사료 된다. 최대폭발압력($P_{max}$)은 8.7 bar이며 폭발하한농도 (LEL)는 $60g/m^3$으로 나타났다. 부유분진의 폭발특성실험 결과 분진폭발지수(Kst)는 폭발등급 St 1 (0$bar{\cdot}m/s$)으로 나타났으며 폭발에 의한 위험성이 약한 분진으로 판정되었다. 최소점화에너지(MIE)는 10mJ < MIE <30mJ의 범위로 측정되었으며, 계산에 의해 추정된 최소점화 에너지(Es) 값은 14 mJ로서 일반적인 발화감도(Normal ignition sensitive)로 분류되었다. 이는 실질적인 점화원만 제거하여도 분진폭발을 예방할 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 분진 폭발사고를 예방을 위하여 MIE값이 공정운전온도 $100^{\circ}C$ 초과 시에 급격히 낮아질 수 있으므로 운전 온도 설정에 있어서 주의가 필요하다.