• 대한기계학회논문집B
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• 제39권7호
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• pp.557-566
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• 2015

본 논문에서는 $600{\times}600{\mu}m$ 사각 마이크로 채널에서의 기-액체 테일러(슬러그) 흐름의 특성을 실험을 통해 살펴보았다. 실험 유체로는 질소와 물을 사용하였으며, 액체 및 기체 겉보기 속도는 각각 0.01 ~ 3 m/s, 0.1 ~ 3 m/s 의 범위에서 테일러 흐름이 나타나는 구간에서만 데이터를 얻었다. 기포 길이, 액체 슬러그 길이, 기포 속도 그리고 기포 생성 주파수를 고속 카메라를 사용하여 이미지 분석을 통해 측정하였다. 제시된 측정값(기포 길이, 액체 슬러그 길이, 기포 속도)과 이전 문헌에서 제안된 경험적 모델의 비교결과 대부분 오차가 50% 이상으로 나타났다. 따라서 기포와 액체 슬러그 길이 그리고 기포 속도에 대한 개선된 모델을 제시하였고, ${\pm}20%$ 이내의 비교적 우수한 결과를 볼 수 있었다. 또한 기포 생성 주파수는 기포 길이, 액체슬러그 길이 그리고 기포 속도의 관계를 이용하여 ${\pm}20%$ 이내에서 예측가능함을 알 수 있었다.

• 융복합기술연구소 논문집
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• 제1권2호
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• pp.25-28
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• 2011

Void fraction has been measured for the gas-liquid cocurrent slug flow in 8mm vertical acrylic tube using an optical method. Bubble speed, length and period could be measured with the two sets of laser-infrared sensor modules mounted 25mm apart alongside the tube, which were designed to detect variation of light intensities with a time delay when two parallel laser beams were refracted successively by a passing bubble. It was found that the results were in good agreement with the previous studies in the literature suggesting that the method used in this study were sound and accurate.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권1호
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• pp.83-88
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• 2012

관내 2상 유동의 기공률을 효과적으로 측정할 수 있는 3-ring 임피던스미터를 이용하여 실제 슬러그류 및 기포류를 측정하였다. 먼저, 임피던스미터의 신호와 기공률 사이의 보정곡선을 구하였다. 임피던스미터는 동일한 기공률을 갖는 슬러그류와 기포류에 대해 각각 다른 보정곡선을 나타내는 특성을 보였다. 임피던스미터는 유동패턴에 따라 두 보정 곡선 중 하나를 선택해야 하며, 기공률 측정 결과로 부터 유동 패턴을 판단할 수 있었다. 두 개의 임피던스미터를 통해 측정된 기공률 변화 곡선으로부터 기포의 이동 속도, 크기를 효과적으로 측정할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권4호
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• pp.227-236
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• 2016

본 논문에서는 $600{\times}600{\mu}m$ 사각 마이크로 채널에서 T자형 합류지점에서의 기체 및 액체의 주입방법이 기포 및 액체 슬러그의 생성에 미치는 영향을 실험을 통해 살펴보았다. 실험 유체로는 질소와 물을 사용하였으며, 액체 및 기체 겉보기 속도는 각각 0.05 - 1 m/s, 0.1 - 1 m/s 의 범위로 테일러 유동이 나타나는 구간에서 데이터를 얻었다. 기포 길이, 액체 슬러그 길이, 기포 속도 그리고 기포 생성 빈도를 고속 카메라를 사용하여 이미지 분석을 통해 측정하였다. 유사한 입구 겉보기 속도 조건에서, T-자형 합류지점의 main channel에 기체를 주입하는 방법(T_gas-liquid)이 액체를 주입하는 방법(T_liquid-gas)보다 기포와 액체 슬러그의 길이가 길었고 기포 생성 빈도는 낮았다. 한편, 두 주입방법에서 기포 속도는 유사하게 나타났다. T_liquid-gas 주입방법의 기존 예측 상관식은 T_gas-liquid 주입방법의 기포 길이, 기포 속도, 액체 슬러그 길이, 기포 생성 빈도 실험데이터를 각각 ~24 %, ~9 %, ~39 %, ~55 %로 예측하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권4호
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• pp.651-657
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• 2020

고체 입자들이 유체처럼 움직이는 유동층 공정은 에너지 전환 공정뿐만 아니라 범용 고분자 수지의 생산 공정에도 이용되고 있다. 범용 고분자 수지 중의 하나인 LLDPE(Linear low density polyethylene)도 기포 유동층 공정을 통해 전세계에서 생산되고 있다. 입자 크기에 비해 밀도가 낮은 LLDPE 입자들은 고분자 중합 반응을 위해 공급되는 수소에 의해서 유동화된다. 그러나 LLDPE 생산 공정은 기포유동층 공정임에도 불구하고 발생한 슬러그로 인하여 반응에 영향을 끼쳐 공정의 효율 저하를 불러올 수 있다. 이에 본 연구에서는 상용 고분자 반응기를 모사한 pilot 규모의 고분자 합성 반응기(0.38 m l.D., 4.4 m High)와 동일한 시뮬레이션 모델을 구축하여 LLDPE 입자의 유동화 상태를 고찰하였다. 특히 기체 유속(0.45-1.2 m/s), 고체 입자 밀도(900-1900 kg/㎥), 입자 구형도(0.5-1.0), 입자 크기(120-1230 ㎛)의 변화에 따른 슬러그 특성을 세밀하게 고찰하기 위하여 전산입자유체해석(Computational particle-fluid dynamics, CPFD)을 이용하였다. CPFD를 통해서 일부 실험자들만 고찰할 수 있었던 flat slug의 발생을 시각적으로 구현하였으며 밀도, 구형도, 크기 등의 고체의 물리적 특성을 변화시킴에 따라 슬러그 발생을 저감시킬 수 있음을 확인하였다.

• 설비공학논문집
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• 제24권5호
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• pp.401-408
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• 2012

Volumetric mass transfer coefficient was measured with carbon dioxide and deionized water for the gas-liquid cocurrent slug flow in 2, 5 and 8 mm tubes. Measurement was repeated with and without a vertical section in an experimental setup and entrance effect was found greater for smaller tubes. Volumetric mass transfer coefficient in the vertical section was found generally a strong function of gas- and liquid-phase superficial velocities. 5 mm- and 8 mm-tube data are highly consistent each other but not with 2 mm tube.

• 설비공학논문집
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• 제26권8호
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• pp.366-374
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• 2014

Experimental mass transfer data, which were obtained for the $CO_2$-water slug flows in vertical tubes with 2, 5, and 8mm diameters, were analyzed in comparison with the penetration theory. It was found that a penetration model with molecular diffusion coefficient cannot predict the experimental data accurately. An effective diffusion coefficient, which considers enhancement effect of interfacial waves, was suggested to improve prediction. Another empirical factor was also suggested to consider the effect of non-uniform interface velocity. A modified penetration model was found to be capable of predicting the experimental data reasonably well.

• 설비공학논문집
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• 제27권10호
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• pp.520-526
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• 2015

The characteristics of gas-liquid Taylor (Slug) flow in a square micro-channel of $600{\sim}600{{\mu}m}$ were investigated experimentally in this paper. The test fluids were nitrogen and water. The liquid and gas superficial velocities were 0.01~3 m/s and 0.1~3 m/s, respectively. Bubble and liquid slug length, bubble velocity, and frequency were measured by analyzing optical images using a high speed camera. Bubble length decreased with higher liquid flow rate, which increased dramatically with higher gas flow rate. However, slug length did not vary with changes in inlet liquid conditions. Additionally, bubble velocities and frequencies increased with higher liquid and gas flow rates. It was found that measured bubble lengths were in good agreement with the empirical models in the existing literature, but slug lengths were not.

• 설비공학논문집
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• 제25권5호
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• pp.246-254
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• 2013

Some characteristics of nitrogen-water slug flow were optically measured, in vertical acrylic tubes of 2, 5 and 8 mm diameter. Bubble velocity, bubble and unit cell lengths were measured, by analyzing the light intensity signals from two sets of dot laser-infrared sensor modules mounted along the transparent tubes. Optical images of the bubbles were also taken and analyzed, to measure bubble shapes and liquid film thickness. It was found that the measured bubble velocities were in good agreement with the empirical models in the literature, except for those measured under high superficial velocity condition in the 2 mm tube. Bubble length was found to be the longest in the 2 mm tube, being 4 to 5 times those of the other tubes. Liquid film was found to have developed early in the 2 mm tube, which made the blunt shape of the bubble head. Liquid film thickness in the 8 mm tube was measured at almost twice those of the other tubes.

• 동력기계공학회지
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• 제16권1호
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• pp.30-37
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• 2012

공기 양수 펌프는 재생 에너지 분야, 부식 및 마모 특성의 유체의 활용 등 높은 신뢰성과 낮은 유지보수 비용을 필요로 하는 분야에서 그 사용이 증대되고 있다. 본 연구에서는 소형 공기 양수 펌프의 성능 평가 및 기초 데이터를 얻기 위한 연구로, D=0.012~0.019m, L=0.933m인 배관의 침수 깊이(${\beta}$=0.55,0.60,0.65,0.70)에 따른 수치해석을 수행하였다. 수치 해석 및 실험 결과는 유사성을 뛰었으며, 펌프의 사양과 효율은 공기의 질량 유속 비, 침수 깊이 비와 양수 배관의 길이에 관한 함수로 나타났다. 그리고 최대 물과 공기 질량 유속의 비는 각 배관에서 서로 다른 침수 깊이의 비로 나타났으며, 공기 양수 펌프의 최대 효율이 발생되는 운전조건은 슬러그(slug)와 슬러그 교반 정도(slug-churn flow regime)에 따라 나타남을 알 수 있었다.