• 대한조선학회논문집
• /
• 제53권4호
• /
• pp.300-306
• /
• 2016

The gas ventilated by supercavitation splits into smaller bubbles and follows the water passage of the cavitation tunnel. The bubbles quickly return to the test section by rather high speed flow, and interrupt the observation of the supercavitation. To secure clear observation in the test section, the bubble collecting section(settling chamber) of large volume is prepared to collect bubbles in the water passage ahead of the test section. The bubble collecting section should provide enough buoyancy effect to the bubbles for proper bubble collecting. However, rather high-speed oncoming flow produces non-uniform velocity distribution and deteriorates buoyancy effect in the bubble collecting section. In the present study, the bubble collecting space and three porous plates are designed and analyzed through numerical methods, and the bubble collecting function is experimentally validated by 1/10-scaled model in terms of the formation of uniformly low velocity distribution in the bubble collecting section.

• 지구물리와물리탐사
• /
• 제26권1호
• /
• pp.8-17
• /
• 2023

해양 환경에서의 기포는 바람, 파도, 선박 및 해저 가스 누출을 포함한 여러 요인에 의해 생성된다. 수중에서의 기포는 강력한 산란 신호를 생성하여 음향 신호를 측정하는데 영향을 미친다. 이러한 기포의 특성은 음파 신호의 세기를 감쇠시켜 소음 차단 목적으로 주로 이용되고 있으며, 최근에는 해저에서 대규모로 누출되는 메탄가스 탐지를 위한 연구가 진행되고 있다. 이러한 가스 누출은 기포플룸의 형태를 취하며, 기포의 물리적 특성과 분포 구조를 이해하는 것은 누출된 가스를 기후 변화와 연관성을 파악하는데 중요한 요소 중 하나이다. 본 연구에서는 탄성파 영상화 기법을 이용하여 기포플룸의 분포를 추정하고자 수조환경에서 실험을 수행하였으며, 별도로 제작된 인공기포 발생기, 자료 취득 시스템을 이용하여 기포에 의한 음향 신호를 취득하였다. 기포플룸을 영상화하기 위해 지진파 영상기법 중 역시간 구조보정을 이용하였으며, 획득한 음향 신호의 포락선 신호를 이용하여 기포 분포 패턴을 효과적으로 추정하였다. 영상화 결과의 검증을 위해 추정된 기포플룸의 분포와 광학카메라 영상을 비교하였다. 실험결과 탄성파 영상화 기법 통해 인공 기포플룸의 산란신호를 이용한 영상화가 가능함을 확인하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제51권5호
• /
• pp.1241-1250
• /
• 2019

This study mainly focused on the neutronics modeling of bubbles in bubbly flow in boiling water reactors. The bubble, ring and homogenous models were used for radial void fraction distribution. Effect of the bubble and ring models on the infinite multiplication factor and two-group flux distribution was investigated by comparing with the homogenous model. Square pitch unit cell geometry was used in the calculations. In the bubble model, spherical and non-spherical bubbles at random positions, sizes and shapes were produced by Monte Carlo method. The results show that there are significant differences among the proposed models from the viewpoint of physical interaction mechanism. For the fully-developed bubbly flow, $k_{inf}$ is overestimated in the ring model by about $720{\pm}6pcm$ with respect to homogeneous model whereas underestimated in the bubble model by about $-65{\pm}9pcm$ with a standard deviation of 15 pcm. In addition, the ring model shows that the coolant must be separated into regions to properly represent the radial void distribution. Deviations in flux distributions principally occur in certain regions, such as corners. As a result, the bubble model in modeling the void fraction can be used in nuclear engineering calculations.

• 한국음향학회지
• /
• 제28권3호
• /
• pp.198-207
• /
• 2009

캐비테이션 기포 (cavitation bubble)가 존재하는 유체 내에서 다중 주파수 (multi-frequency)를 송수신할 때 음파의 감쇠(attenuation)와 음속 (sound speed) 변화가 발생되었고, 이 특징을 이용하여 기포의 크기와 분포량을 추정하였다. 음향실험은 $20{\sim}300\;kHz$ 대역의 다중 주파수를 이용하여 실시하였고, 기포가 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우의 주파수별 음속 비와 음파의 감쇠 값을 측정하였다. 캐비테이션 기포는 모터 끝에 장착된 둥근 막대형 블레이드 (blade)를 물 속에서 고속회전시켜 발생되었다. 캐비테이션 기포의 크기 및 분포량은 모터의 회전 속도, 블레이드 끝단 (tip)의 겉넓이를 변화시키며 관측하였고, 기포 생성 후 시간별 기포량 감소율을 측정하였다. 실험 결과 발생된 기포의 크기는 반경 $10{\sim}60{\mu}m$였고, $10{\sim}20{\mu}m$와 $20{\sim}30{\mu}m$ 반경의 기포가 전체의 약 45%와 25%를 차지하였다. 세부실험 결과로 모터의 회전 속도가 증가할수록 더 많은 양의 기포가 발생되지만 블레이드 끝단 면적의 증가와 기포 발생량의 변화는 상관성이 없음을 확인하였다. 또한 기포량의 감소율은 지속시간별로 일정하였고, 2분 이내에 전체량의 80%가 소멸됨을 관측하였다. 음향실험의 결과를 검증하기 위해 동일한 조건에서 광학카메라로 촬영한 기포 분포량과 비교하였다.

• 한국음향학회지
• /
• 제42권4호
• /
• pp.305-312
• /
• 2023

기포 크기 분포를 음파 감쇄 손실을 이용하여 역산하기 위해 Physics-Informed Neural Network(PINN)을 사용하였다. 역산에 사용되는 선형시스템을 풀기 위해 이미지 처리 분야에서 선형시스템 문제를 해결한 Adaptive Learned Iterative Shrinkage Thresholding Algorithm(Ada-LISTA)를 PINN의 신경망 구조로 이용하였다. 더 나아가, PINN의 손실함수에 선형시스템 기반의 정규항을 포함함으로써 PINN의 해가 기포 물리 법칙을 만족하여 더 높은 일반화 성능을 가지도록 하였다. 그리고 기포 추정값의 불확실성을 계산하기 위해 딥앙상블 기법을 이용하였다. 서로 다른 초기값을 갖는 20개의 Ada-LISTA는 같은 훈련데이터를 이용하여 학습되었다. 이 후 테스트시 훈련데이터와 다른 경향의 감쇄 손실을 입력으로 사용하여 기포 크기 분포를 추정하였고, 추정값과 이에 대한 불확실성을 20개 추정값의 평균과 분산으로 각각 구하였다. 그 결과 딥앙상블이 적용된 Ada-LISTA는 기존 볼록 최적화 기법인 CVX보다 기포 크기 분포를 역산하는데 더 우수한 성능을 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제50권3호
• /
• pp.505-510
• /
• 2012

기포탑 반응기에서의 기체 체류량은 기포의 크기 분포 및 상승 속도와 밀접한 연관성을 갖는다. 따라서 많은 연구자들에 의하여 기포탑 반응기 내에 기포의 크기를 제어하기 위한 연구들이 진행되어 왔다. 본 연구에서는 스파져 이외의 영역에서도 기포의 거동을 제어하고 기체 체류량을 증진시키기 위하여 다단형 기포탑 반응기를 사용하였다. 특히, 3 종류의 서로 다른 크기의 반응기를 사용하여 다단 다공판이 기포의 유동 특성에 미치는 효과를 확인하였다. 나아가 개별 기포가 다공판을 통과하였을 때의 쪼개짐 빈도수 및 크기 분포 변화에 대하여 관찰함으로써 다공판의 영향에 대한 이해를 넓혔다. 또한 다양한 다공판 배치 형태에 따른 유동 특성을 관찰함으로써 다단형 기포탑 반응기에서의 다공판 설치에 대한 기준을 제시할 수 있었으며, 이를 바탕으로 높이 22 m, 직경 0.36 m의 벤치 스케일 다단형 기포탑 반응기를 제작하여 그 성능을 확인하였다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
• /
• 한국원자력학회 1997년도 추계학술발표회논문집(1)
• /
• pp.599-604
• /
• 1997

One of important inconsistencies in the six-equation model predictions has been found to be the force experienced by a single bubble placed in a convergent stream of liquid. Various sets of governing equations yield different amount of forces to hold the bubble stationary in a convergent nozzle. By using the first order potential flow theory, it is found that the six-equation model can not be used to estimate the force experienced by a deformed bubble. The theoretical value of the particle stress of a bubble in a convergent nozzle flow has been found to be a function of the Weber number when bubble distortion is allowed. This force has been calculated by using different sets of governing equations and compared with the theoretical value. It is suggested in this study that the bubble size distribution function can be used to remove the presented inconsistency by relating the interfacial variables with different moments of the bubble size distribution function. This study also shows that the inconsistencies in the thermal-hydraulic governing equation can be removed by mechanistic modeling of the phasic interface.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제18권5호
• /
• pp.24-28
• /
• 1994

In the present paper, the behavior of bubbles in a fluidized bed has been investigated experimentally. The bubble size, distribution of bubble, bubble rising velocity and pressure fluctuation in the fluidized bed are obtained at different air velocity. The results are discussed and compared study the effect of air velocity on the behavior of a bubbles in fluidized bed.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제56권2호
• /
• pp.624-635
• /
• 2024

In two-fluid simulations of flow boiling, the modeling of the mean bubble diameter is a key parameter in the closure relations governing the intefacial transfer of mass, momentum, and energy. Monodispersed approach proved to be insufficient to describe the significant variation in bubble size during flow boiling in a heated pipe. A population balance model (PBM) has been employed to address these shortcomings. During nucleate boiling, vapor bubbles of a certain size are formed on the heated wall, detach and migrate into the bulk flow. These bubbles then grow, shrink or disintegrate by evaporation, condensation, breakage and aggregation. In this study, a parametric analysis of the PBM aggregation and breakage models has been performed to investigate their effect on the radial distribution of the mean bubble diameter and vapor volume fraction. The simulation results are compared with the DEBORA experiments (Garnier et al., 2001). In addition, the influence of PBM parameters on the local distribution of individual bubble size groups was also studied. The results have shown that the modeling of aggregation process has the largest influence on the results and is mainly dictated by the collisions due to flow turbulence.

• 한국음향학회지
• /
• 제39권3호
• /
• pp.151-162
• /
• 2020

본 논문에서는 음향 역산법을 이용한 기포의 크기 분포 추정 기법을 제시하였다. 제 1종 Fredholm 적분방정식으로 표현된 감쇠계수의 추정오차를 목적함수로 정의하였고, 최적해를 구하기 위해 Levenberg-Marquardt(LM)기법을 적용하였다. 두 가지의 기포 분포에 대한 수치 시뮬레이션을 통해 제안된 역산 기법의 유용성을 검증하였다. 세 종류의 기포발생기를 이용하여 사각 수조(1.0 m × 0.54 m × 0.6 m)에서 기포 실험을 수행하였다. 고속카메라 촬영을 통해 기포의 분포 이미지를 획득하였고, 음원과 수중청음기를 이용하여 기포층의 주파수별 삽입손실(insertion loss)을 계측하였다. 촬영된 이미지는 후처리를 통해 기포 발생기별 기포 분포 특성을 파악하는데 활용하였고, 계측된 삽입손실에 역산 기법을 적용하여 기포의 크기 분포를 추정하였다. 음향 역산결과로부터 기포의 크기가 작아짐에 따라 기포 개수는 지수적으로 증가하며, 70 ㎛ ~ 120 ㎛의 국부 피크를 지난 후 다시 증가하는 경향성을 확인하였다.