• 한국추진공학회지
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• 제2권2호
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• pp.56-63
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• 1998

본 논문에서는 주유동의 난류강도 변화에 따른 복합각도로 분사되는 단일 막냉각홀 주위에서의 국소 열/물질전달계수 특성을 살펴보기 위하여 실험을 수행하였다. 단일 막냉각홀 시편은 평면에 대하여 $30^{\cire}$의 경사각을 가지고 있으며, 횡방향으로는 주유동에 대해 $45^{\cire}$의 각도로 분사하여 복합각도 분사시 주유동의 난류강도 변화에 따른 효과를 살펴보았다. 또한 막냉각제트의 분사율을 0.5에서 2.0까지 변화시켜가며, 주유동의 높은 난류강도조건에서 분사율 변화시 막냉각홀 주위의 열/물질전달특성에 미치는 효과를 살펴보았다. 주유동의 난류강도를 변화시키기 위하여 막냉각홀 상류에 난류발생격자를 설치하였다. 격자를 설치하지 않은 경우, 주유동의 난류강도는 0.5%이며, 난류발생격자의 종류 및 설치위치를 달리하여 난류강도를 3%에서 10%까지 변화시켜가며 실험하였다. 막냉각홀 주위에서 국소적인 열/물질전달계수 값을 얻기 위하여 물질전달 실험방법인 나프탈렌 승화법을 사용하였다. 주유동의 난류강도가 낮은 경우 분사홀 주변에서 막냉각제트 혹은 주유동에 의한 열/물질전달 촉진영역이 뚜렷한 경계를 갖지만, 난류강도가 증가하면서 전 영역에 걸쳐 열/물질전달이 촉진되었으며 주유동과 막냉각제트의 활발한 혼합작용으로 인해 영역의 구분이 점차 소멸되었다. 또한 주유동의 높은 난류강도 효과는 막냉각제트의 분사율이 높은 경우 뚜렷이 나타났다.

• 기계저널
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• 제34권9호
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• pp.688-697
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• 1994

유체유동이나 열전달 그리고 물질전달 (물질의 혼합 및 확산) 또는 이들 현상이 복합적으로 나 타나는 각종 기계의 설계와 성능 해석을 하기 위해서는 그 현상을 지배하는 편미분 방정식들의 해를 수치적으로 구해야 한다. 유동 상태가 충류 유동인 경우는 지배 방정식의 수가 알고자 하는 미지변수 즉 속도, 압력, 온도, 농도 등의 개수와 같고 또한 이들 변수들의 변동이 그리 심하지 않기 때문에 적절한 수치 해법을 사용하면 그 해를 구할 수 있다. 그러나 난류유동의 경우에는 변수들이 시간상으로 또한 공간적으로 대단히 심하게 변동(fluctuation)하기 때문에 공 학적으로 우리가 원하는 정보들, 즉, 표면 마찰저항이나 양력, 얼전달 계수, 물질 확산계수 등을 현재 수준의 전자계산기로 계산하는 데는 계산시간이 엄청나게 소요될 뿐만 아니라 변수 저장 메모리도 과도하게 차지하기 때문에 실제적인 계산 방법이 되지 못하고 있다. 이러한 이유로 변수들의 순간 변화 상태를 나타내는 지배 방정식들을 해석하는 대신에 이들 지배 방정식의 시 간평균을 취하여 유도한 난류 방정식들을 사용하게 된다. 그러나 이 시간 평균 과정에서 파생 되는 또 다른 미지의 난류 변수들 때문에 난류 지배 방정식에 있어서는 그 지배 방정식의 개수 보다 미지 변수의 개수가 많아져서 난류 지배 방정식을 풀기 위해서는 시간평균 과정에서 나타난 난류 변수들을 원래 있던 미지 변수들의 함수나 방정식의 형태로 가정할 필요가 있게 되는데 이 가정되는 함수 관계들을 난류 계산 모형이라고 한다. 난류 계산 모형은 물리적인 통찰과 직관에 의해서 실용적인 형태로 가정되기도 하지만 최근에는 논리적으로 엄격한 모형 원칙에 따른 수 학적인 방법으로 유도되고 있는데 이 글에서는 일반 독자들이 쉽게 이해할 수 있도록 마하수가 낮은 2차원 비압축성 난류 유동을 예로 들어 x-y 직교 좌표계에서 표현되는 난류 계산 모형들을 소개하고 앞으로듸 발전 방향을 개관하며 현재의 응용 사례들을 예로 들어 모형의 성능을 비교 하여 보기로 한다.

• 기계저널
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• 제25권5호
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• pp.413-418
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• 1985

직접 접촉식 교환장치(이하 직접 교환기라 함)에서 액체의 유통형태의 선택은 매우 다양하며 전달계수 역시 개별적인 상황이나 충전물의 종류에 따라서 달라지므로 일률적으로 제시되지 못 하고 있다. 많은 경우 실험을 통하여 열전달 또는 물질전달계수를 측정하게 되나 개수로, 자유 낙하액체막, 액체분류와 같이 이상화가 가능한 경우, 이러한 전달계수를 구하기 위하여 이론적 또는 반실험적인 해석을 수행하기도 한다. 수많은 관련 연구결과들은 층류유동에 관한 것과 난류유동의 경우로 구분되고(예상되듯이 대부분의 직접교환기의 유통영역은 난류쪽이다), 난류 유통의 해석은 다시 표면갱신이론(surface renewal model), 와류확산계수모델(eddy diffusivity model-macroscopic), 미분형와류모델(differential eddy diffusivity model)로 대별된다. 여기서는 수많은 교환기형태의 자료정리보다 상기와 같이 대별된 액체측 유동영역별로 전달현상해석의 방법을 간단히 정리하고자 한다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제17권3호
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• pp.59-67
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• 2012

Large Eddy Simulation(LES) of turbulent mass transfer in fully developed turbulent pipe flow has been performed to study the effect of Reynolds number on the concentration fields at $Re_{\tau}=180$, 395, 590 based on friction velocity and pipe radius. Dynamic subgrid-scale models for the turbulent subgrid-scale stresses and mass fluxes were employed to close the governing equations. Fully developed turbulent pipe flows with constant mass flux imposed at the wall are studied for Sc=0.71. The mean concentration profiles and turbulent intensities obtained from the present LES are in good agreement with the previous numerical and experimental results currently available. The effects of Reynolds number on the turbulent mass transfer are identified in the higher-order statistics(Skewness and Flatness factor) and instantaneous concentration fields. The budgets of turbulent mass fluxes and concentration variance were computed and analyzed to elucidate the effect of Reynolds number on turbulent mass transfer. Furthermore, to understand the correlation between near-wall turbulence structure and concentration fluctuation, we present an octant analysis in the vicinity of the pipe wall.

• 멤브레인
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• 제4권4호
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• pp.221-231
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• 1994

Dextran(Mw.:500,000)용액의 한외여과에 있어서, 현재 나권형 모듈의 유로형성체로 사용되는 난류촉진물체를 적용하여 실험한 결과, 난류촉진물체의 mesh가 증가할수록 막투과 flux가 향상되었으며, 난류영역에서는 층류영역에 비해 순환유속과 난류촉진물체의 사용에 따른 막투과 flux에 대한 영향이 상대적으로 적었다. 난류촉진물체의 사용에 따른 막투과 flux 향상율은 사용한 membrane의 종류에 따라 층류영역의 경우 최대 112%, 난류영역의 경우 50%에 달하였다. 또한 난류촉진물체를 사용함으로써 한외여과막의 고분자 용질에 대한 배제 성능을 높일 수 있었으며, 이러한 flux 및 배제 성능 증가 등의 효과들은 높은 조작압력차와 낮은 순환유속(농도분극이 상대적으로 심한 영역)에서 더욱 두드러졌다. 그러나, 난류촉진물체의 mesh 수와 순환유속이 증가함에 따라 한외여과 cell 내에서의 압력손실도 증가하였으며, 특히 난류영역에서는 그 영향이 매우 심하였으므로 실제 공정 설계시 순환유속과 압력차 및 난류촉진물체 형태에 따른 압력손실을 반드시 고려해 주어야 함을 알 수 있었다. 물질전달계수 예측을 위한 기존의 물질전달 상관관계식을 농도분극층에서의 고분자 물질의 물성변화를 고려하고 경계층 저항 모델에 근거하여 보정하였는 바, 기존의 관계식에 비해 오차를 줄일 수 있었으며, 이때의 관계식은 다음과 같았다.$N_{sh}=0.151(N_{Re})^{0.199}(N_{Sc})^{0.22}(N_{Scm})^{0.197}\;(625 $N_{sh}=0.0165(N_{Re})^{0.428}(N_{Sc})^{0.33}(N_{Scm})^{0.223}\;(5015

• 대한기계학회논문집B
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• 제31권9호
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• pp.799-806
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• 2007

Direct Numerical Simulation was carried out to predict mass transfer in turbulent flow around a rotating stepped cylinder. This investigation is a follow-up study of DNS of turbulent flow in Nesic et al. [Corrosion, Vol. 56, No. 10, pp. 1005 - 1014] The original motivation of this work stemmed from the efforts to design a simple device which can generate flows of high turbulence intensity at low cost for corrosion researchers. Two cases were considered; Sc=1 and 10 both at Re=335. Here, Sc and Re stand for Schmidt number and Reynolds number, respectively, based on the step height and the surface speed of the cylinder upstream of the step. Main focus was placed on the correlation between turbulence and mass transfer. The spatio-temporal evolution of concentration field is discussed. The numerical results are qualitatively compared with those of the experiment conducted with a similar flow configuration.

• 한국전산유체공학회지
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• 제17권3호
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• pp.1-10
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• 2012

Large Eddy Simulation(LES) of turbulent mass transfer in fully developed turbulent pipe flow has been performed to study the effect of Reynolds number on the concentration fields at $Re_{\tau}=180$, 395, 590 based on friction velocity and pipe radius. Dynamic subgrid-scale models for the turbulent subgrid-scale stresses and mass fluxes were employed to close the governing equations. Fully developed turbulent pipe flows with constant mass flux imposed at the wall are studied for Sc=0.71. The mean concentration profiles and turbulent intensities obtained from the present LES are in good agreement with the previous numerical and experimental results currently available. To show the effects of Reynolds number on the turbulent mass transfer, the mean concentration profile, root-mean-square of concentration fluctuations, turbulent mass fluxes, cross-correlation coefficient, turbulent diffusivity and turbulent Schmidt number are presented.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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• pp.2378-2383
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• 2007

Direct Numerical Simulation was carried out to predict mass transfer in turbulent flow around a rotating stepped cylinder. This investigation is a follow-up study of Nesic et al. [Corrosion, Vol. 56, No. 10, pp. 1005 - 1014] The original motivation of this work stemmed from the efforts to design a simple device which can generate flows of high turbulence intensity at low cost for corrosion researchers. Two cases were considered; Sc=1 and 10 both at Re=335. Here, Sc and Re stand for Schmidt number and Reynolds number, respectively, based on the step height and the surface speed of the cylinder upstream the step. Main focus was placed on the correlation between turbulent fluctuation and concentration field. The spatio-temporal evolution of concentration field is discussed. The numerical results are qualitatively compared with those of the experiment conducted with the same flow configuration.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제11권6호
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• pp.24-30
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• 2008

In order to enhance the heat/mass transfer, a turbulator has been installed at the exit of injection hole for the impingement/effusion cooling system. The local heat/mass transfer coefficients have been obtained by a naphthalene sublimation method. Experiments have been carried out at the fixed jet Reynolds number of 10,000. Two turbulators with different diameter have been used in the current study. The result presents that the turbulator leads to the increase in flow mixing and jet velocity, consequently enhancing the heat/mass transfer at a stagnation region. Further, the stagnation region is divided into four small areas with peak value. In the existence of initial crossflow, the stagnation regions move downstream and low heat/mass transfer regions are formed regardless of the installation of turbulator. However, the increased jet velocity by turbulator reduces the crossflow effect against the jet, resulting in decrease of low heat/mass transfer regions. Compared to the case without turbulator, the installation of turbulator yields $5{\sim}10%$ augmentation in averaged Sh value.

• 한국전산유체공학회지
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• 제17권2호
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• pp.42-52
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• 2012

Direct Numerical Simulation(DNS) of turbulent mass transfer in fully developed turbulent pipe flow has been performed to study the effect of wall boundary conditions on the concentration fields at $Re_{\tau}$=180 based on friction velocity and pipe radius. Fully developed turbulent pipe flows for Sc=0.71 are studied with two different wall boundary conditions, namely, constant mass flux and constant wall concentration. The mean concentration profiles and turbulent mass fluxes obtained from the present DNS are in good agreement with the previous numerical results currently available. To investigate the effects of wall boundary condition on the turbulent mass transfer, the mean concentration profile, root-mean-square of concentration fluctuation, turbulent mass fluxes and higher-order statistics(Skewness and Flatness factor) are compared for the two cases. Furthermore, the budgets of turbulent mass fluxes and concentration variance were computed and analyzed to elucidate the effects of wall boundary conditions on the turbulent mass transfer.