• 에너지공학
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• 제22권1호
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• pp.28-37
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• 2013

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.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권3호
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• pp.337-341
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• 2010

직경 1 m, 높이 1 m의 교반탱크 내 유체흐름 패턴을 상용 전산유체역학 프로그램의 하나인 CFX를 사용하여 해석함으로써 교반속도, 임펠러 회전날개의 경사각, 방해판의 존재 유무, 탱크바닥 형태가 흐름패턴에 미치는 영향을 알아보았다. 방해판이 없을 경우 탱크 중심에서 와류가 관찰되었으며 교반속도가 증가함에 따라 탱크 중심의 와류 현상이 증가하였으나, 방해판 설치에 의해 와류가 감소하였다. 임펠러 날개의 경사각을 증가시킴으로써 교반탱크 상하로의 유체흐름이 증가하였고 와류도 감소하였다. 탱크바닥을 수평으로 하는 것 보다 둥글게 함으로써 탱크 바닥 구석에서 유체흐름이 원활하게 변화하였다.

• KSBB Journal
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• 제8권3호
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• pp.256-265
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• 1993

본 연구는 광합성 미생물 R. rubrum KS-301을 이용한 연속 반응기인 고정층 반응기와 연속 교반탱크 반응기에서 실험을 수행하여 도입 포도당 농도, 희석속도에 대한 수소 생산성과 고정화 담체에 의해서 형성되는 내부, 외부 및 총괄 물질전달 저항, 반응 속도식 변수 등을 평가한 후 비교하였다. 고정층 반응기에서의 겉보기 $K_m$은 희석속도의 증가에 따라 감소하며, 연속 교반탱크 반응기의 경우는 희석속도 $0.4h^{-1}$ 이상에서는 거의 일정한 값을 나타내었다. 고정층 반응기에서의 수소 생산성과 물질전달 실험결과는 연속 교반탱크 반응기에서와 비슷한 경향을 보이나 두 반응기를 비교하면 수소 생산성과 외부 효율인자는 교반탱크 반응기일 때가 크고, 내부 효율인자는 고정층 반응기일 때가 컸다. 그러나 총괄 효율인자는 두 반응기가 도입 포도당 농도에 따라서는 비슷한 수치를 나타내었다.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
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• 대한설비공학회 2009년도 하계학술발표대회 논문집
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• pp.1406-1411
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• 2009

Stirred tanks are widely used in various industries for mixing operations and chemical reactions for single- or multi-phase fluid systems. In this study, a numerical study was conducted to predict the mixing characteristics in a simple stirred tank. The flow in the model stirred tank was calculated utilizing the multiple reference frame (MRF) and the sliding mesh (SM) capabilities of a commercial CFD code (Fluent 6.2). The results of the flow simulation were analyzed in terms of the mixing efficiency, and the applicability of MRF and SM methods was also discussed.

• 한국가시화정보학회지
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• 제10권3호
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• pp.42-47
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• 2012

Experimental data for the flows in a mixing tank with a bottom agitator are useful for the validation of CFD commercial code. A hybrid volume PIV measurement technique was constructed to measure the flows inside of the mixing tank. The measurement system consists of three cameras. An agitator was installed at the bottom of the tank and it rotates clockwise and counterclockwise. Using the constructed measurement system, instantaneous vector fields were obtained. A phase averaging technique was adopted for the measured instantaneous three-dimensional velocity vector fields. Turbulent properties were evaluated from the instantaneous vector fields.

• 한국가스학회지
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• 제5권4호
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• pp.70-78
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• 2001

설비가 공정에 어느 정도 중요도를 가지고 있는지 분석하기 위해 연속교반탱크 반응기를 대상으로 민감도 분석을 수행하였다. 그리고 민감도 분석결과가 가지는 불확실성을 평가하기 위해 불확실성 분석을 수행하였다 또한 비용효과 분석을 통하여 장치가 가지는 신뢰도 데이터 대 가격을 고려하여 보다 좋은 신뢰도를 가지는 장치를 사용함으로써 경제적 효율을 높일 수 있음을 보여주었다. 불확실성 분석의 수행결과로 연속교반탱크 반응기의 파열사고는 $8.09{\times}10^{-04}/year{\~}5.50{\times}10^{-02}/year$의 범위에서 가능성을 가지친 있다. 비용효과 분석은 VLU(Voting Logic Unit) 장치를 교체함으로써 가장 큰 위험성 감소효과를 제시하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.223-229
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• 2007

여과막 생물반응기를 이용하여 $60^{\circ}C$에서 혐기 세균 복합체가 포도당으로부터 수소를 생산할 수 있는 최적조건을 연구하였다. 여과막 생물반응기는 연속교반 탱크반응기와 외부에 장착된 PVDF (polyvinylidene fluoride) 중공사막 여과장치로 구성되었다. 접종슬러지는 하수처리장 소화 슬러지조에서 얻었고, 포자형성 수소생산 미생물을 얻기 위해 $90^{\circ}C$에서 20분 간 열처리하였다. 16S rRNA PCR-DGGE(polymer chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis) 분석을 통해 열처리 전후의 미생물상 변화를 조사하였다. 열처리 후 DGGE 밴드의 수는 감소하였고, 주요 밴드는 Clostridium perfringens와 유사한 염기서열을 나타내었다. 운전 기간 동안 바이오가스 내 수소함량은 60%(v/v)를 유지하였고, 메탄은 검출되지 않았다. 연속교반 탱크반응기를 여과막 없이 수력학적 체류 4시간에서 운전하였을 때 공급된 포도당의 95.0%가 제거되었고, 이때 균체농도 및 수소생산속도는 각각 1.35 g cell/L 및 7.4 L $H_2$/L/day이었다. 동일한 체류시간에서 PVDF중공사막 여과장치를 장착하여 연속교반 탱크반응기를 운전하였을 때, 균체농도는 1.62 g cel/L로 증가하였고 높은 포도당 제거율(99.5%) 및 수소생산속도(8.8 L $H_2$/L/day)가 관찰되었다. 40 nm 및 100 nm의 공극크기를 가진 여과막은 균체농도 및 수소생산 측면에서 유사한 성능을 나타내었다. 여과막 생물반응기는 여과막의 반복적인 세척을 통해 30일 이상 안정적으로 운전될 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.745-749
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• 2011

혼합용 임펠러를 장착한 연료탱크의 액체연료와 미세 고체입자의 부유, 혼합 현상을 분석하고자 2차원 혼합 유동 수치해석을 수행하였다. 다상 유동해석은 Eulerian Grandular Multiphase 기법을 사용하였고, 해석기법을 12vol% 고체 혼합 조건 실험의 축방향 고체 농도 분포와 비교하여 확인하였다. 해석용 연료탱크는 10.5vol% 고체입자를 액체연료와 혼합하는 것으로 회전수 700rpm 조건에서 4가지 경우의 임펠러 위치와 유속 조건으로 해석을 수행하였다. 각 경우에 대한 Quality of Suspension 결과를 비교하여 적합한 임펠러 위치와 속도방향을 확인하였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.49-49
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• 2009

마찰교반접합법은 특정한 회전수로 회전하는 용접 툴을 이용하여 접합하고자 하는 피접합재의 맞댄면에 삽입시킨 후 툴을 이동시키거나 혹은 시편을 견고하게 고정시킨 장치(backing plate)가 움직여 고상 상태에서 접합이 이루어진다. 알루미늄, 마그네슘 등 비교적 융점이 낮은 저융점 재료의 재료에 처음 적용이 되어 많은 연구가 활발히 진행되었고 타 용접방법에 비해 우수한 접합특성을 나타내었다. 최근 이러한 마찰교반접합은 이러한 저융점 재료를 넘어서 스틸, 타이타늄, 니켈 등과 같은 고융점 재료 등에 대한 적용이 늘어나고 있다. 마찰교반접합을 이용하여 이러한 고융점 재료의 접합 경우 내마모성 및 내열성 등의 내구성이 갖추어진 툴과 이러한 툴을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치 등이 필요로 하나 경제적 측면이나 접합부의 우수한 특성 등을 고려 할 때 그 적용 및 발전 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다. 최근 무공해 연료로 각광받고 있는 액화천연가스 (LNG)의 수요가 급증함에 따라 LNG 저장탱크 소재로 널리 사용되고 있는 9% Ni강의 수요 또한 증가하고 있는 상황이다. 하지만 9% Ni 강은 극저온용 소재로 용접부의 저온인성 ($-196^{\circ}C$)이 가장 중요하기 때문에 저온인성을 확보하고자 Inconel 계나 Hastelloy계 등의 니켈 기 합금을 용접재료로 사용하고 있으나 이러한 용접재료는 가격이 매우 고가이며 또한 용접 후 용접부의 강도가 낮다는 문제가 제기되고 있다. 또한 LNG 탱크 제작시 사용되는 용접법은 GTAW, SAW 및 SMAW 이지만 국내에서는 주로 SMAW에 의존하고 있는 실정인 관계로 보다 더 경제적인 용접 프로세스의 적용 가능성이 검토되고 있는 상황이다. 본 연구에서는 마찰교반용접을 이용하여 두께 4mm의 9% Ni 강에 대해 맞대기 마찰교반접합을 실시하였다. 툴 회전 속도 및 접합 속도를 고정한 상태에서 접합을 실시 하였으며 접합 시 툴은 $Si_3N_4$로 제작된 툴을 사용하였다. 접합 후 외관상태 점검, 미세조직 관찰, 경도, 인장 강도 및 저은 충격 측정 등의 실험을 실시하였고, 이러한 결과를 이용하여 미세조직과 기계적 특성과의 관련성을 조사하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제13권1호
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• pp.1-10
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• 2019

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.