액체로켓인 KSR-III는 점화시 및 연소실 압력의 이상 저하시 추진제가 지나치게 많이 공급되는 것을 막기 위하여 케비테이션 벤튜리를 사용한다. 본 연구에서는 Fluent가 제공하는 케비테이션 모형을 사용하여 케비테이션 벤튜리 내부의 공동 발생과 이에 따른 유량제어 현상을 해석하였다. 케비테이션 모형은 공동의 붕괴를 효과적으로 예측하지 못하는 단점이 있지만 벤튜리를 통과하는 유량은 공동이 발생하는 위치에서 유효 유로 감소에 의하여 제한되므로 유량제어 현상을 성공적으로 관찰할 수 있었다. 결과로서 벤튜리 상류의 압력이 일정하게 유지될 때 하류의 압력 변동에 대하여 유량이 변화하지 않음을 확인하였다. 상류의 압력이 24.1bar로 일정하게 유지되고 벤튜리에서 압력차이가 3bar 이하일 때 공동은 발생하지 않았다. 압력차가 6bar 이상일 때 공동이 발생하며 (압력차 6bar인 경우와 비교하여) 9bar, 12bar의 압력차에 대한 유량 증가는 각각 $5\%,\;7\%$에 그쳐 주어진 작동조건에서 벤튜리로 유량제어가 가능하였다.
벤튜리를 이용한 진공건조 공정에 의해 폐 감귤박으로부터 리모넨을 분리하고 건조된 감귤박을 이용하여 바이오 에탄올을 생산하였다. 벤튜리를 이용한 진공건조가 열풍건조 및 자연건조에 비해 수분 및 리모넨의 제거에 매우 효과적이었으며, 벤튜리 진공건조에 의해 건조된 감귤박이 에탄올 발효에 가장 적절하였다. 벤튜리 진공건조에 의해 15시간 동안 건조된 감귤박의 수분 및 리모넨 함량은 각각 17.0% 및 3.2%이었다. 벤튜리 진공건조에 의해 리모넨을 함유한 정유와 플로럴 워터를 각각 얻을 수 있었으며, 벤튜리 진공건조에 의해 분리된 정유의 양은 4.21 mL/kg 감귤박이었고, 분리된 정유의 79.9%는 리모넨이었다.
본 연구에서는 하류의 압력 변동이 있을 때 캐비테이션 벤튜리에 의한 유량 제어 성능을 평가하였다. 이를 위해 액체로켓엔진 연소시험설비에 적용할 캐비테이션 벤튜리를 설계, 제작하였다. 캐비테이션 벤튜리에 대한 실험과 수치해석을 수행하여 유량 특성을 분석한 결과 캐비테이션 벤튜리는 캐비테이션이 발생하는 영역에서 일정한 유량을 공급하는 것이 입증되었다. 그러나 실제공급압력이 설계압력보다 작을 경우 캐비테이션 벤튜리의 기능을 하지 못해 유량을 일정하게 공급할 수 없는 구간을 알 수 있었다.
액체로켓 추진제 공급장치에 정착된 캐비테이션 벤튜리의 유량 제어 특성을 해석하였다. 해석에는 실험과 수치해석이 병행되었으며 캐비테이션이 존재하는 유동에서 두 결과의 유량 차이는 약 10%로 나타났다. 벤튜리 상류의 압력을 $22.8{\times}10^5$pa로 일정하게 유지하고 하류의 압력을 변동시켰을 때 $3{\times}10^5$pa 이상의 압력 차이에 대하여 유량이 증가하지 않음을 확인하였다. 비응축 기체의 농도 변화에 의하여 벤튜리 내부에 발생하는 증기의 분포는 크게 달라지지만 유량은 같은 수준이 유지되어 비응축 기체의 농도가 1.5PPM에서 150PPM로 커질 경우, 유량이 약 2% 감소하였다. 이는 작동유체가 포함하고 있는 비응축 기체의 팽창과 생성된 증기가 압력 회복을 저해하는 영향이 유사하기 때문으로 풀이된다.
현재 일반적으로 사용되는 300cc 소형엔진 기화기의 최적화 및 성능 향상을 위하여 유동해석을 수행하였다. 베르누이의 정리를 기본으로, 성능을 발휘하는 주요 설계인자인 기화기 내부의 벤튜리 튜브의 각도, 길이 등을 변수로 하여 유동해석을 수행하였다. 그 결과를 분석하여 최적화된 모델을 제시하였다. 결론적으로, 유동 해석을 바탕으로 기존 사양 대비 향상된 성능의 모델을 제시하였다. 유동해석을 통해 기화기 내부의 벤튜리관에 곡면(Rounding)처리를 적용함으로 기화기에서 소모되는 흡기저항을 줄여 펌핑로스를 저감활수 있음을 확인하였다. 펌핑로스의 저감은 엔진 연비의 향상과 엔진토크에 긍정적 효과로 작용할 것으로 기대된다. 벤튜리관의 출구 각도를 감소시킴으로 박리를 개선하여 Dead Volume을 줄임으로서 기존 모델에 대비하여 원활해진 유동의 흐름을 얻을 수 있었다. 이는 흡기유량을 증대시키고 엔진출력을 상승시키는 효과로 작용할 것으로 예상된다.
기존에 사용중인 저압용 벤튜리 타입 혼합기는 0.32kg/cm2에서 열리고 0.28kg/cm2에서 닫히도록 설정되어 있다. 이 방식은 증가하는 도시가스 공급량을 따라갈 수 없기 때문에 강제 혼합기를 개발 현장에 적용하고자 한다. 본 연구를 통해서 개발하고자하는 강제 혼합기는 제어밸브을 통하여 가스 62.5%, 압축공기 37.5%의 비율로 희석하여 서지탱크로 보내진다. 완성된 혼합기를 이용한 열량실험 결과 유량이 변하여도 일정한 열량이 나옴을 알 수 있었다.
공기 구동식, 고속 폭기식 및 벤튜리식 포말분리 장치를 동일한 용량으로 제작하여 양어장 순환수 중의 단백질,총 부유 고형물 및 탁도를 제거하는데 있어 각 포말 분리장치의 운전 특성을 알아보고자 하였다. 공기구동식 포말분리기의 유략감소가 거의 없었으나 벤튜리식 포말분리기는 $66.1{\%}$정도의 유량감소가 발생하였으며 고속 폭기식 포말분리기는 $77.2{\%}$의 유량감소가 발생하였다. 공기 구동식, 고속 폭기식 및 벤튜리식 포말분리 장치의 단백질 제거속도는 수력학적 체류시간이 증가함에 따라 지수적으로 감소 하였다. 0.32 분 이상의 수력학적 체류시간에서는 공기 구동식 포말분리장치의 제거속도와 제거율이 가장 높게 나타났으며 그 이하의 수력학적 체류시간에 대해서는 고속 폭기식 포말분리 장치의 제거속도와 제거율이 가장 높은 것으로 나타났다. 수력학적 체류시간의 변화에 따른 총 부유 고형물과 탁도의 제거속도와 제거율의 변화는 단백질 제거속도 및 제거율의 변화와 거의 비슷하였으며 벤튜리식 포말분리기는 짧은 수력학적 체류시간에서는 총 부유고형물의 제거 효율이 다른 두 포말분리기에 비해 떨어지는 것으로 나타났다. 탁도의 제거는 공기 구동식 포말 분리기가 가장 우수한 것으로 나타났다.
The pressure drop in a Venturi Scrubber is predicted using the Eulerian-Lagrangian Method, which is one of the numerical methods to solve the dispersed two-phase flow. KIVA-3V Code is modified to solve the coupled gas-liquid two-phase flow field. The liquid is assumed to be injected through the nozzles with the Rosin-Rammler drop size distribution. The computational results shows good agreement with the experimental data.
Although the cone type venturi flow meter is superior to another differential pressure type flow meter in precision, the venturi is installed at the pipe as an L beam, so that the dynamic load due to drag force and flow-induced force is generated in the flow meter. In this paper we propose a methodology to evaluate this dynamic load directly by using stain-gages attached on the venturi and we discuss about the dynamic characteristics on the basis of flow-induced vibration theory.
분산된 공기 기포에 의해 고형물을 제거하는 포말분리법은 30 $\mu\textrm{m}$이하의 미세 입자와 용존 고형물을 매우 효율적이면서도 경제적으로 운전을 할 수 있고 연속 운전이 가능하며 역세척이 필요 없다는 장점을 지니고 있다((Clarke and Wilson. 1983). 현재 사용되고 있는 포말분리장치는 공기의 공급방식과 유체과 공기의 접촉방향에 따라 항류 공기구동식(counter current air driven type, CCAD), 고속 폭기식(high speed aeration type, HSA), 벤튜리식(venturi type) 등이 있으나 현재까지 우리나라에서 연구되어 오고있는 포말분리 장치는 공기구동 방식이 전부이다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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