난류전단 흐름에서의 기포응집에 관한 수치모의: 2. 모형의 적용

Numerical Simulation of the Coalescence of Air Bubbles in Turbulent Shear Flow: 2. Model Application

난류전단 흐름에서의 기포 크기분포를 예측하기 위하여 개발된 Monte-Carlo 모의모형을 실험실 크기의 문제에 적용하였다. 각종 모형 매개변수 및 물리적 변수들에 대한 민감도 분석을 수행하였으며, 실험 관측치와의 비교를 통하여 모형의 실제 적용성에 관하여 조사하였다. 공기와 물의 유량비 또는 마찰계수가 증가함에 따라 기포의 크기가 커지는 것으로 나타났다. 평균유속이 증가함에 따라 가포의 크기는 작아지지만, 폭기구간내 기포의 총표면적은 거의 일정함을 보였다. 모형의 종방향 거리증분에 따른 기포 크기분포의 변화는 거의 없었으며, 횡방향 거리중분을 크게 할수록 기포가 크거나 작은 쪽으로 치우쳐 중간정도의 크기를 갖는 기포의 수가 감소하였다. 기포의 크기분포는 그 초기분포 및 공기의 주입위치에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 기포의 충돌과 응집을 구분하기 위하여 충돌효율을 도입하였다.

A Monte-Carlo simulation model, developed to predict size distribution of air bubbles in turbulent shear flow, is applied to a laboratory-scale problem. Sensitivity to various numerical and physical parameters of the model is analyzed. Practical applicability of the model is explored through comparisons of results with experimental measurements. Bubble size increases with air-water discharge ratio and friction factor. Bubble size decreases with increasing mean flow velocity, but the total bubble surface area in the aeration region remains fairly constant. The effect on bubble size distribution of the longitudinal length increment in the simulation model is negligible. A larger radial length increment yields more small and large bubbles and fewer in between. Bubble size distribution is significantly affected by its initial distribution and the location of air injection. Collision efficiency is introduced to explain the discrepancy between collisions with and without coalescence.