• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.112.2-112.2
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• 2010

슬러리 기포탑 반응기는 열 및 물질 전달의 용이성, 낮은 운전비용 및 장치의 간단성의 장점을 가지고 있어서 Fischer-Tropsch 반응, bio-reaction 등에 많이 응용되고 있다. 그러나 기포탑 반응기 내의 물질 거동은 매우 복잡하기 때문에 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고 그 현상에 대한 명확한 이해는 어려운 상황이다. 특히 기포탑반응기내에 기체의 포집율(gas hold-up)을 증가시키는 것을 목적으로 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 기체의 분사 방향에 따른 기체 포집율의 변화를 관찰하였다. 기체 분사는 0.6 mm의 pore가 66개로 구성된 perforated plate를 통해서 이루어졌고, 수직방향, 수평방향, 45도 그리고 수직/수평 조합의 네 가지 분사방향에 대해서 실험을 수행하였다. 반응기는 내경이 0.15 m이고 높이 2.0 m 아크릴 반응기를 이용하였다. 사용된 연속상은 수돗물을 사용하였고 분산상 기체로는 압축 공기를 이용하였다. 전체적인 기체 포집율은 수직방향의 분사방향에서 가장 높게 측정되었다. 그리고 수직/수평의 조합 분사방향의 경우, 기체 포집율이 가장 낮게 관찰되었다. 이것은 분사방향이 수직/수평으로 서로 엇갈릴 경우, 기포간의 충돌 가능성이 높아지고 bubble coalescence가 증가하였기 때문인 것으로 보인다. 실제로 homogeneous flow regime에서 heterogeneous flow regime으로 전환되는 기체선속도는 분사방향이 수직, 45도, 수평, 수직/수평 조합의 순서로 감소하였다. 즉 이 순서로 기체흐름의 와류가 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 Dynamic Gas Disengagement(DGD) 분석을 통하여 큰 기포가 발생하기 시작하는 기체 선속도의 변화를 관찰하였다. 이 경우, 예상되듯이 수직/수평 조합에서는 1.5 cm/sec 기체 선속도에서 큰 기포가 발생하기 시작한 반면 수직 방향 분사의 경우에는 2.5 cm/sec의 보다 높은 기체 선속도에서 관찰되기 시작하였다. 이러한 현상들을 종합하였을 때, 기체 분사방향을 수직으로 일정하게 했을 때, 기포간 출동을 최소화하고 와류발생을 최대한 지연시키며 전체 기체 포집율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.876-879
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• 2009

Fischer-Tropsch 합성 반응과 같은 slurry bubble column reactor에서는 반응 속도를 증진시키기 위해서는 서로 다른 상간의 접촉 면적을 최대화함으로써 물질 전달을 원활하게 유지하여야 한다. 특히 Fischer-Tropsch 합성 반응에서는 반응물인 기체가 촉매로서 기능하는 고체 표면으로의 external mass transfer가 효과적으로 이루어져야 하기 때문에 반응기 내의 기체의 거동뿐만 아니라 고체인 촉매의 분포에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 반응기 내에 기체의 superficial velocity를 변화시키면서 기체의 hold up 뿐만 아니라 고체 입자의 분포특성에 대하여 관찰하였다. Superficial velocity가 증가함에따라 gas hold up의 경우, 일정하게 증가하다가 6 cm/sec 이상에서 그 증가폭이 감소하였다. 즉 6 cm/sec이상에서 turbulent flow regime을 형성하였다. 또한 고체입자의 분포 역시 기체의 superficial velocity가 증가함에따라 보다 균일하게 되는 것을 확인할 수 있었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.1
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• pp.9-18
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• 2010

There are two kinds of models in two-phase pressured drop; homogeneous flow model and separated flow model. Many previous researchers have developed correlations for two-phase pressure drop in a microchannel. Most correlations were modified Lockhart and Martinelli's correlation, which was based on the separated flow model. In this study, experiments for adiabatic liquid water and nitrogen gas flow in rectangular microchannels were conducted to investigate two-phase pressure drop in the rectangular microchannels. Two-phase frictional pressure drop in the rectangular microchannels is highly related with flow regime. Homogeneous model with six two-phase viscosity models: $Owen^{(21)}$'s, $MacAdams^{(22)}$'s, Cicchitti et ${al.}^{(23)}$'s, Dukler et ${al.}^{(24)}$'s, Beattie and ${Whalley}^{(25)}$'s, Lin et ${al.}^{(26)}$'s models and six separated flow models: Lockhart and $Martinelli^{(27)}$'s, ${Chisholm}^{(31)}$'s, Zhang et ${al.,}^{(15)}$'s, Lee and ${Lee}^{(5)}$'s, Moriyama and ${Inue}^{(4)}$'s, Qu and $Mudawar^{(8)}$'s models were assessed with our experimental data. The best two-phase viscosity model is Beattie and Whalley's model. The best separated flow model is Qu and Mudawar's correlation. Flow regime dependency in both homogeneous and separated flow models was observed. Therefore, new flow pattern based correlations for both homogeneous and separated flow models were individually proposed.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• v.24 no.10
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• pp.1485-1489
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• 2003

The gelation for di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP)-plasticized poly(vinyl chloride) was studied by measuring time-resolved small-angle X-ray scattering (SAXS) and a flow of the solutions in test tube. It was found that for the gelation there were three regimes. At Regime I, the solution rapidly changed to a gel, and the SAXS intensity showed a peak and the peak intensity increased, keeping the peak angle constant. Applying the SAXS intensity to the kinetic analysis of the liquid-liquid phase separation, it was revealed that the spinodal decomposition proceeded to develop a periodic length of 29.9 nanometer in size, a hydrogen-bonding-type association in polymer rich phase followed, and then it induced fast gelation rate. At Regime II, the gelation slowly occurred and the SAXS intensity was not observed, suggesting that a homogeneous gel network was formed by a hydrogen-bonding. At regime III, the solution was a homogeneous sol.

• Nuclear Engineering and Technology
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• v.51 no.5
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• pp.1241-1250
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• 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.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.33 no.1
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• pp.21-28
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• 2023

The electromembrane process, which has advantages such as scalability, sustainability, and eco-friendliness, is used in renewable energy fields such as fuel cells and reverse electrodialysis power generation. Most of the research to visualize the internal flow in the electromembrane process has mainly been conducted on heterogeneous ion exchange membranes, because of the non-uniform swelling characteristics of the homogeneous membrane. In this study, we successfully visualize the electro-convective vortices near the Nafion homogeneous membrane in PDMS-based microfluidic devices. To reinforce the mechanical rigidity and minimize the non-uniform swelling characteristics of the homogeneous membrane, a newly developed swelling supporter was additionally adapted to the Nafion membrane. Thus, a clear image of electroconvective vortices near the Nafion membrane could be obtained and visualized. As a result, we observed that the heterogeneous membrane has relatively stronger electroconvective vortices compared to the Nafion homogeneous membranes. Regarding electrical response, the Nafion membrane has a higher limiting current and less overlimiting current compared to the heterogeneous membrane. Based on our visualization, it is assumed that the heterogeneous membrane has more activated electroconvective vortices, which lower electrical resistance in the overlimiting current regime. We anticipate that this work can contribute to the fundamental understanding of the ion transport characteristics depending on the homogeneity of ion exchange membranes.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.133.1-133.1
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• 2010

슬러리 기포탑 반응기는 열 및 물질 전달의 용이성, 낮은 운전비용 및 장치의 간단성의 장점을 가지고 있어서 Fischer-Tropsch 반응, bio-reaction 등에 많이 응용되고 있다. 그러나 기포탑 반응기 내의 물질 거동은 매우 복잡하기 때문에 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고 그 현상에 대한 명확한 이해는 어려운 상황이다. 특히 기포탑반응기 내에 기체의 포집율(gas hold-up)을 증가시키는 것을 목적으로 하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 trayed bubble column 반응기에서 tray의 기공크기에 따른 기체 포집율의 변화를 관찰하였다. 실험에 사용된 반응기는 내경이 0.15 m이고 높이 2.0 m의 아크릴 반응기를 이용하였다. 사용된 연속상은 수돗물을 사용하였고 분산상 기체로는 압축공기를 이용하였다. Tray의 기공크기는 1.1 mm부터 14.0 mm까지 변화시키면서 높이별 기체 포집율의 변화를 관찰하였다. 기체 포집율의 변화를 균일흐름 영역과 불균일 흐름 영역에서 그 양상이 다르게 나타났다. 즉 균일계 영역에서는 기공의 크기가 1.1 mm부터 2.9 mm까지 증가시면 기체포집율이 감소하는 반면 2.9 mm 이상에서는 증가하는 것으로 관찰되었다. 반면 불균일 흐름 영역에서는 전반적으로 기공의 크기가 작아질수록 기체포집율이 증가하였다. 또한 각각의 흐흠 영역에서의 기체포집율 증가정도는 확연한 차이를 보이는 것을 알 수 있었다. 이것은 흐름영역의 유체거동에 따라서 기포와 tray 기공사이의 상호작용 메커니즘이 달라지기 때문인 것으로 보인다.