Abstract
This paper investigates the effect of the rotational motion of a driving fluid generated by a rotational motion device at the inlet of a driving nozzle for a gas-liquid ejector, which is the main device used for ozonated ship ballast water treatment. An experimental apparatus was constructed to study the pressure and suction flow rate of each port of the ejector according to the back pressure. Experimental data were acquired for the ejector without rotational motion. Based on the data, a finite element model was then developed. The rotational motion of the driving fluid could improve the suction efficiency of the ejector based on the CFD model. Based on the CFD results, structure optimization was performed for the internal shape of the rotation induction device to increase the suction flow rate of the ejector, which was performed using the kriging technique and a metamodel. The optimized rotation induction device improved the ejector efficiency by about 3% compared to an ejector without rotational motion of the driving fluid.
본 연구는 오존 방식 선박평형수 처리의 주요 장치인 기체-액체 이젝터에 대하여 구동 노즐의 유입부에 회전 운동 유도 장치에 의해 발생되는 구동 유체의 회전 운동이 이젝터 효율에 미치는 영향에 관한 연구이다. 먼저 배압에 따른 이젝터의 각 포트별 압력과 흡입 유량을 확인하기 위하여 실험 장치를 구성하고, 회전 운동이 없는 이젝터에 대한 실험 수행 및 데이터를 획득한다. 실험의 데이터를 바탕으로 격자 사이즈 비교를 통해 기체-액체 이젝터에 적합한 유한요소모델을 선정하였으며, 도출된 CFD 모델을 이용하여 구동 유체의 회전 운동이 이젝터의 흡입 효율을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 이를 바탕으로 이젝터의 흡입 유량을 높이기 위하여, 메타 모델을 이용한 크리깅 기법을 사용하여 회전 유도 장치의 내부 형상 인자인 전체 길이 l, 내부 직경 d, 날개 개수 n에 대한 구조 최적화를 수행한다. 최적화된 회전 유도 장치를 적용한 결과 구동 유체의 회전 운동이 없는 이젝터에 비해 이젝터 효율이 약 3% 가량 개선됨을 확인하였다.
