현탁액에 대한 기본적인 유변학적 특성을 조사하기 위해 입자의 부피분율에 따른 점도의 변화를 측정하였고 현탁액의 Die Swell 현상에 대해 실험적으로 규명하였다. 뉴톤성 특성을 조사하기 위해 입자의 부피 분율에 따른 점도의 변화를 측정하였고 현탁액의 Die Swell 현상에 대해 실험적으로 규명하였다. 뉴톤성 특성을 갖는 Silicone 오일을 현탁 매질 로 사용하였고 미세한 유리 구슬이 filler로써 사용되었다. 현탁액의 점도는 Couette 점도계 와 모세관 점도계를 사용하였다. 관의 입구와 출구에 대한 보정을 위해서 Bagley의 방법을 이용하였으며 중력으로 인한 Swell의 감소효과를 제거하기 위해서 분사 유체와 유사한 밀 도를 지니며 분사 유체와 섞이지 않는 유체를 담은 부력용기가 사용되었다. Die Swell 현상 은 사진을 찍고 이를 정밀한 확대경을 통해 관찰함으로써 수치적으로 값을 얻었다.
80년대 후반들어 갑자기 새로운 가치와 가능성에 대한 조명을 다시금 받게된 ER 유체는 유선 국내에서는 물론 일본에서조차 번역에서의 정확한 명칭이 분분할 정도로 아직 국내에서는 생소한 분야이다. 이웃 일본에서는 ER 유체, 전기점성 유체, 전기레올로지 유체, 일렉트로레올로지 유체, Winslow 유체라고 불려지고 있고 우리나라에서는 전기유변성유체라고도 불리운다. ER 유체는 전장을 가함으로써 점도를 변화시킬 수 있는 콜로이드 용액의 총징으로, 절연성 유체 중에, 이러한 성질을 갖는 미분말을 분산시킨 것이다. 이 유체의 특징으로는 전장으로 점도의 변화를 제어할 수 있고, 점도를 변화 시킬 수 있는 범위가 넓고, 또한 응답성이 좋은 것에 있다. 80년대에 들어 서면서, 전자기술의 급속한 발전으로 이 ER 유체의 장점에 ER 유체의 단점을 보완할 수 있는 응답성이 빠른 전자 제어 기술의 출현은 바로 이 ER 유체의 최대 난점들을 해결할 수 있는 가능성을 제시하면서 급속한 인기를 더해 가고 있다. 이러한 배경에서 국내에서도 이분야에 대한 연구의 필요성이 대두됨에 따라 본 해설에서는 국외 논문, 국제 학술회의 논문집, 해설등을 통하여 발표된 ER 유체에 대하여 알아 보고 이를 적용한 기전요소에의 응용에 대하여 살펴보기로 한다.
회전식 점도 측정기를 이용하여 상용화된 전기유변(electrorheological, ER)유체와 자기유변(magnetorheological, MR)유체의 특성을 비교하여 이를 이용한 장치 설계시 두 유체 중에 유리한 것을 선택하는데 도움이 되고자 하는 것이 본 논문의 의도이며, 이러한 유체의 특성에서 전단변형률의 변화에 따른 전단응력의 변화, 온도변화에 따른 전단응력의 변화, 작용하는 장의 세기에 따른 전단응력의 변화 등을 비교하였다. 온도의 변화에 따른 유체의 특성 변화는 MR유체가 ER유체보다 적게 받는 경향이 있었다. 두 유체의 응용 예로서 제작된 댐퍼의 경우에 유압 시험기를 이용하여 인장과 압축될 때 장의 On/Off에 따른 시간지연과 감쇄력을 비교하였다.
레이저와 타이머장치를 설치한 낙구식 점도계에서 구와 니들이 주어진 구간을 통과 하는 시간을 측정하여 종말속도를 정확히 결정하였고 점성이 작은유체와 낮은 전단률 점성 과 영전단률 점성은 속이 빈 알루미늄 구와 니들이 이용하여 측정하였다. 알루미늄 구와 니 들의 속에 철분을 삽입하여 밀도를 다양하게 변화시켰다. 낙구식 점도계에서 측정한 낮은 전단률 점성과 영 전단률 점성 그리고 모세관점도계에서 측정한 높은전단률 점성과 무한 전 단률 점성을 이용하여 점탄성 유체의 특성이완시간을 결정하였다. 실린더 속의 시험용 유체 를 교란시키지 않고 밑면에 떨어진 구를 회수하는 장치를 설치하였다. 이 장치는 하나의 구 로써 점탄성유체의 특성확산시간을 측정하는데 대단히 효과적이었다. Polyacrylamide Separan AP-273 용액(농도 500-200 wppm)의 특성이안시간과 특성화산시간을 낙구식 점도 계와 모세관 점도계의 실험결과를 이용하여 결정하고 폴리며 용액의 퇴화 현상을 실험적으 로 분석하였다.
원심펌프 작동유체의 점도변화에 따른 성능특성을 실험적인 방법으로 연구하였다. 비교적 비속도가 낮은 소형 원심펌프에 뉴턴유체인 설탕수용액과 글리세린수용액을 사용하여 작동유체의 점도를 변화시켜 가며 펌프성능시험을 수행한 후 전양정, 축동력 및 펌프의 효율을 청수의 경우와 비교 분석하여 얻은 결과는 다음과 같았다. (1) 전양정은 작동유체의 점도를 변화시킬 경우 청수에 비해 점도가 높아짐에 따라서 차단점에서의 양정은 극히 적은 변화를 보였으나, 유량이 증가함에 따라 양정의 감소하는 폭이 크게 나타났다. 따라서 유량-양정곡선(H-Q 곡선)의 기울기가 급해짐을 알 수 있었다. (2) 축동력은 작동유체의 점도가 청수에 비해 클수록 증가하였으며 차단점에서는 소요동력이 열로 소산되어 차이가 거의 없었으나, 유량이 증가할수록 축동력의 증가하는 폭이 커짐을 알 수 있었다.
In order to analyse the effect of the fluid viscosity changes on the centrifugal pump, the computer simulation method and the performance correction chart are used. The centrifugal pump is designed using the traditional method, and the 3D computational grid is generated for the impeller and casing. Working fluids are water, high viscous oil and muddy water. The viscosity of muddy water is measured by the unsteady capillary tube viscometer. The pump performances are predicted well through the computer simulation. The performance curves of head and efficiency for oil and muddy water are decreased. The torques of oil and muddy water, which is calculated by performance correction chart are predicted at a lower value than the computer simulation.
본 연구는 고점도 유체의 혼합을 위한 교반기 설계의 기초연구로서 스크류 형상의 임펠러(또는 헬리컬 임펠러)를 가지는 교반기 내의 유동과 이에 따른 유체혼합 특성을 수치해석을 통해 가시화한 것이다. 이와 더불어 양호한 혼합효과를 가져다 줄 것으로 예상되는 엇갈림형 스크류 임펠러의 모델을 제안하였다. 수치해석상의 유체는 고점도의 Newton유체로 가정하였으며 임펠러의 회전속도는 6[rpm]으로 아주 작게 하여 저 레이놀즈수(약 Re=3)에서 혼합효과를 연구하였다. 또한 각종 설계 파라미터를 변화시켜 혼합 양상의 차이를 분석하여 설계에 반영하고자 하였다.
본 연구에서는 낙구식 점도계를 이용하여 낮은 농도의 용액을 실험할 때 종말 속도측정의 어려움을 해결하기 위하여 레이저와 특수 타이머를 설치하였으며 정확한 특성시간을 결정하기 위하여 실린더 내부의 시험유체를 교란시키지 않고, 떨어뜨린 구 를 회수하는 장치를 제작하였다. 또한 주로 rheogoniometer에 의존하던 영 전단률 점성계수를 측정하기 위하여 속이 빈 알루미늄 구(hollow aluminium ball)의 밀도를 시험 유체와 거의 같은 정도까지 변화시켜가며 종말 속도를 측정하였으며 점탄성 유체 로써 Separan AP-273의 낮은 농도인 300에서 2000wppm까지의 저농도 용액에 대한 특성 시간을 여러모델에 의하여 실험적으로 결정하고 저농도 폴리머 용액에서 퇴화로 인한 점탄성유체의 특성 변화를 분석하였다.
유산균이 생성하는 다당류에 관한 연구의 일환으로서 Str. themophilus 와 Lb. bulgaricus를 10% 환원탈지유와 12% 환원전지유에 배양하면서 다당류 생성에 따른 우유 배양액 점도의 경시적 변화 및 그의 유체역학적인 특성에 대하여 조사하였다. 1. Str. themophilus 510의 10% 탈지유 배양액의 의가소성 유체의 유동양식을 가장 강하게 나타냈다. 한편 14% 농도에서 가장 높은 점도의 경시적 변화 및 그의 유체역학적인 특성에 대하여 조사하였다. 1. 12% 전지유배양액의 경우 의가소성유체의 유동양식을 나타내지만 탈지유 배양액에 비해서 현저한 점도의 저하를 나타냈다. 1. Str. themophilus 510 배양액의 최대 점조도 계수와 최소 유동지수는 각각 43, 0.09 이며 Lb. bulgaricus는 35, 0.09이다.
유산균이 생성하는 polysaccharide 에 관한 연구의 일환으로서 L. casei YIT 9018 SKD-0007, L. bulgaricus SKD-0003, sir. faecalis SKD-1007, str. thermophilus SKD- 1005, str. thermophilus 510 SKD-1006등을 탈지유에 배양하면서 polysaccharide 생성에 의한 배양액의 점도 변화를 검토하였다. 이러한 다당류가 Antitumor로서의 활성과 제암효과를 가지며 인체내의 생리효과를 고양시킨다고 보고되어 있는바 다당류가 최대로 생성되는 조건을 찾는 것을 본 실험의 목적으로 하였다. 다당류의 생성을 측정하는 방법으로서 배지로는 10% 환원탈지유와 12% 환원전지유를 선택하였으며 Brookfield Viscometer를 사용하여 배양액의 점도를 경시적으로 측정하였다. 시험균 중에서 str. thermophilus 510 SKD-1006이 가장 높은 점도를 나타내었는데 41$^{\circ}C$ 배양 5일째에 5000 cps였고 다른균에 비해서 1000cps이상 높았다. 접종량이 증가할수록 점도도 증가하였으며 14%이상의 탈지유 농도에서는 7000cps를 나타냈다. 탈지유와 전지유 배양액 모두 의가소성 유체의 유동 양식을 나타내었는데 12% 환원전지유 배양액은 최대점도값이 2500 cps에 불과하였으며 배양 2일째에 최대점도 값에 도달하여 그 이후로 급격한 감소현상을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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