An investigation is conducted to study a solid-liquid mixture vertically upward hydraulic transport of solid particles by non-Newtonian fluids in the Mud system. Rheology of particulate suspensions in viscoelastic fluids is of importance in many applications such as particle removal from surfaces, transport of proppants in fractured reservoir and cleaning of drilling holes, etc. In this study a clear acrylic pipe was used in order to observe the movement of solid particles. Annular velocities varied from 0.4 m/s to 1.2 m/s. The mud systems which were utilized included aqueous solution of sodium carboxymethyl cellulose (CMC) solutions. Main parameters considered in the study were inner-pipe rotary speed, fluid flow regime and particle injection rate. Solid volumetric concentration and pressure drops were measured for the various parameters such as inclination angle, flow rate, and rotational speed of inner cylinder.
밤전분 현탁액(3% 및 4%)의 유동특성을 모세관 점도계로 분석하였을 때 $30-65^{\circ}C$에서 항복응력이 존재하지 않는 딜라탄트유체의 거동을 보였다. 그러나 3% 전분 현탁액은 $70^{\circ}C$에서, 4% 전분현탁\액은 $65^{\circ}C$ 이상에서 의가소성 유체의 거동을 보였다. 밤전분 현탁액의 점조도지수의 활성화에너지는 $50^{\circ}C$이하에서는 0.56kcal/mole, $60-70^{\circ}C$에서는 51.9-80.8 kcal/mole 이었다. 전분 호화액(4%)의 유동특성을 회전점도계로 측정하였을 때 가열온도 및 시간에 관계없이 겉보기 점도는 지수적으로 감소하여 의가소성을 나타내었다. 밤전분 호화액을$65-80^{\circ}C$로 가열했을 때의 겉보기 점도의 대수값은 동일온도에서의 전분의 팽화력과 밀접한 관계를 보였다. 가열온도 $70-80^{\circ}C$에서의 겉보기 점도의 활성화 에너지 값은 13.9kcal/mole이었다. 상압$(90^{\circ}C)$ 및 가압$(121^{\circ}C)$ 호화액은 측정온도의 증가에 따라 겉보기 점도가 감소하였으나, 가압호화액은 측정온도의 증가에 따라 겉보기 점도가 감소하였으나, 가압호화액의 겉보기 점도는 동일온도에서 상압호화액의 겉보기 점도보다 높은 값을 보였다.
마이크로역학을 기초로 하여 Slag-ECC (고로슬래그 미분말이 혼입된 ECC)가 개발되었으며, 기존의 연구에서는 Slag-ECC가 높은 연성을 나타내도록 마이크로역학을 도입하여 재료의 배합비가 제시되었다. 이 연구에서는 Slag-ECC의 자기충전과 숏크리트 시공성을 구현하기 위하여, Slag-ECC의 기본 배합에 혼화재료의 투입 순서에 상관없이 혼화재료를 한번에 투입하여 유동 특성을 제어하는 레올로지 개념을 도입하였으며, 이는 현장에서 시공성을 높이기 위하여 모든 재료를 분말의 형태로 사용하는 프리팩키지화를 위한 기초 자료로 사용될 것이다. 그리고 자기충전과 숏크리트의 서로 상반되는 레올로지 특성을 구현하기 위하여, 시멘트풀 레올로지 경시 변화 연구를 통해 대략적인 혼화재료의 첨가량을 선정하였고, 자기충전 및 숏크리트의 시공성 검증을 통해 재료의 배합비를 최적화 하였다. 개발된 Slag-ECC의 자기충전성과 숏크리트 적합성은 실험을 통하여 입증되었으며, 자기충전 및 숏크리트의 시공 방법에 의하여 타설된 재료가 굳은 이후에도 Slag-ECC의 역학적 특성인 고인성 특성을 유지하는 것으로 나타났다. 따라서 시멘트풀의 레올로지 특성을 조절하여 개발된 자기충전용 Slag-ECC와 숏크리트용 Slag-ECC는 재료의 고인성 특성을 유지하면서 다양한 현장 적용이 가능할 것으로 판단된다.
Optimal synthetic condition of barium sulfate were investigated from the viewpoint of yield and bulkiness according to a randomized complete block design proposed by G.E.P. Box and K.B. Wilson. Barium chloride and magnesium sulfate were utilized as reactants in order to prepare barium sulfate in this study. It was found that optimum temperature range of reactant solutions was $60{\sim}100^{\circ}C$ and the optimum concentration range of the reactant solutions was $10{\sim}17.3%$ and $10{\sim}20%$ respectively, on the viewpoint of yield and bulkiness. The optimum mole ratio of $BaCI_2$ to $BaSO_4$ was in the range of $1.50{\sim}2.0$ and the optimum mole ratio of $BaCI_2$ to $BaSO_4$ was in the range of $1.50{\sim}2.0$ and the optimum reacting time range was $15{\sim}20$ minutes. The optimum drying temperature range was $110{\sim}130^{\circ}C$ from the viewpoint of yield, but it was $90{\sim}110^{\circ}C$ on the basis of bulkiness. Apparent viscosity of barium sulfate suspensions dispersed in various concentrations of Na. CMC was measured by using Brookfield synchrolectric viscometer model LVT, the relative equation, log ${\eta}_{sp}=A+B.{\phi}$ was examined and the equation was found to agree fairly well. 1 w/v% Na. CMC aqueous solution and 0.1 volume fraction of $BaSO_4$ powder were optimum in the preparation of $BaSO_4$ suspension showing highest viscosity at infinite shearing.
본 논문은 안쪽축이 회전하는 동심환형관 물과 비뉴튼유체의 고-액 2상 유동연구를 수행하였다. 점탄성유체의 유변학은 굴착구멍의 청결, 입자의 밖으로 수송하는 등 여러 가지 응용에 중요하다. 연구에서 투명한 아크릴관은 고체입자의 이동을 관찰하기 위하여 사용하였다. 환형관 속도는 0.3m/s에서 2.0m/s로 변한다. 머드시스템은 물과 CMC 수용액을 혼합하여 사용하였다. 연구에서 고려된 주요 변수들은 축회전속도, 유체 유동영역과 입자 주입율이다. 입자이송속도와 압력강하는 유체유량(Q, LPM)이 5~30의 범위에서 측정하였다. 물과 0.2% CMC 수용액에서 고체입자의 농도가 높을수록 압력손실이 커짐을 알 수 있었다.
녹두전분의 농도(5-8%, 건량기준)와 가열온도$(80-95^{\circ}C$)가 전분의 리올로지에 미치는 영향을 조사하였다. 녹두전분은 농도에 관계없이 아밀로그래프의 최고점도를 보이지 않았고 가열 중 점도는 계속 증가하였다. 전분호화액은 항복응력을 가진 의가소성 유체의 성질을 보였고, 점조도지수는 농도와 가열온도가 증가할수록 증가하였으나, 유동지수는 반대로 감소하였다. 전분 겔을 $4^{\circ}C$에 저장하는 동안 겔의 수축정도는 농도와 가열온도가 증가할수록 감소하였다. 아밀로그래프를 이용하여 $95^{\circ}C$에서 15분간 호화시켜 만든 농도 7과 8%의 겔의 초기경도는 6% 겔보다 2배 이상 높았으나, $4^{\circ}C$에서의 노화속도는 농도와 가열온도에 크게 영향을 받지 않았다.
알로에 겔이 분산된 W/O 에멀젼을 감압 건조하는 방법으로 분산상의 수분을 제거하여 알로에 겔 마이크로캡슐을 제조하였다. 마이크로캡슐은 미네랄오일로 세척하고 재현탁시켜 유화제를 제거한 후에도 안정적인 현탁액으로 유지되었으며, 내부가 균일하게 채워진 직경 6.6 ${\mu}m$ 이하인 구형 입자로 구성되어 있었다. 미네랄오일에 재현탁된 마이크로캡슐은 분율이 41% 이상에서 급격하게 점도가 증가하였고, 300 Pa 이상의 항복응력을 가진 전단유동화 특성을 나타내었으나, 틱소트로피는 뚜렷하게 관찰되지 않는 유변학적인 특성을 보였다. 오일에 현탁된 알로에 겔 마이크로캡슐의 분율이 높을수록 반고체의 특성이 증가하고 $105^{\circ}C$에서 15 min 동안 가열하여도 에멀젼의 안정성이 유지됨을 경시적으로 관찰하였다. 따라서 알로에 겔 마이크로캡슐 현탁 크림을 기본 제형으로 다양한 종류의 알로에 겔 화장품의 개발이 가능할 것으로 예상된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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