CFD Explanation and Verification of Multi Inner Stage Cyclone for The Particle Removal

In this paper, Commercial program, STAR-CCM+, was used for computer simulation. And also Multi Inner Stage(MIS) cyclone which especially designed for the real experiments of particle removal efficiency. Under negative pressure condition of outlet, computer simulation was performed to predict the removal efficiency for $5{\mu}m$ and $10{\mu}m$ particles by using a turbulence model and lagrangian method. The simulation results are 55.7% and 64.1% for $5{\mu}m$ and $10{\mu}m$ particles, respectively. To compare the simulation results with the actual test of MIS cyclone, we generated the $SiO_2$ particles by heat reactor. Although removal efficiency of actual tests is 63~76% at different flow rate, the size of $SiO_2$ particles which confirmed by SEM(scanning electron microscope) and WAPS(wide range aerosol particle spectrometer) is too small(15~30nm) to compare each results. And so the alternative experiments were performed by using commercial alumina particles ($5{\mu}m$, $10{\mu}m$ and $20{\mu}m$). It was shown that the actual removal efficiency, 76~95%, from MIS cyclone is higher than simulated one.

미세입자 제거를 위한 Multi Inner Stage Cyclone의 CFD 해석 및 검증

본 논문에서는 미세먼지를 제거하기 위하여 설계된 Multi Inner Stage(MIS) 사이클론을 대상으로 입자 제거 효율에 대한 모의실험을 수행하고, 실제 입자에 대한 제거 효율을 확인하고자 하였다. 배출부는 -1,000Pa의 음압조건으로 설정하고, 전산유체해석 프로그램인 STAR-CCM+의 난류 모델과 lagrangian method를 이용하여 $5{\mu}m$와 $10{\mu}m$ 입자에 대해 해석을 실시한 결과, 각각 55.7%와 64.1%의 집진효율을 보였다. 해석 결과와 MIS 사이클론 장비의 실제 입자에 대한 제거 효율의 비교를 위하여 열반응기(heat reactor)를 이용해 $SiO_2$ 입자를 생성시켜 실험을 수행하였다. 실제 생성된 $SiO_2$ 입자의 제거 효율 실험에서는 유량에 따라 63~76% 집진효율을 나타냈다. 전자주사현미경(SEM; scanning electron microscope)과 광대역 미세먼지입자 측정기(WAPS; wide range aerosol particle spectrometer)를 이용하여 실제 생성된 $SiO_2$ 입자의 크기는 15~30nm인 것으로 검증하였다. 이에 일반 상용 알루미나 입자($5{\mu}m$, $10{\mu}m$, 그리고 $20{\mu}m$)를 대상으로 MIS 사이클론의 입자 제거효율 실험을 재차 수행한 결과, 76~95% 정도의 제거효율을 보임으로써 유동 해석보다 실제 실험이 더 높은 제거효율을 보인다는 것을 검증하였다.