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명은 장
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1 Korean Chem. Eng. Res., Vol. 42, No. 3, June, 2004, pp 원심력이적용된여과포집진장치에서유동장및입자거동특성김상도 손재익 박영옥 정동규 * 강용 ** 한국에너지기술연구원청정에너지연구부 대전시유성구장동 71-2 * 씨에프텍 ( 주 ) 서울시영등포구여의도동 ** 충남대학교화학공학과 대전시유성구궁동 220 (2003 년 11 월 11 일접수, 2004 년 5 월 13 일채택 ) Characteristics on the Flow Field and Particle Behavior in a Bag Filter with Combining Centrifugal Force Sang-Do Kim, Jae-Ek Son, Young-Ok Park, Dong-Kyu Chung* and Yong Kang** Cleam Energy Research Department, Korea Institute of Energy Research, 71-2, Jang-dong, Yuseong-gu, Daejeon , Korea *CFTech Inc., 13-25, Yoido-dong, Youngdungpo-gu, Seoul , Korea **Department of Chemical Engineering, Chungnam National University, 220, Gung-dong, Yuseong-gu, Daejeon , Korea (Received 11 November 2003; accepted 13 May 2004) 요 약 기존의여과포집진장치의하부에접선유입방식의원심력원리를접목시킨새로운형태의여과포집진장치가개발되었고, 이에대한유동장및입자거동특성을알아보기위하여수치모사를실시하였다. 접선방향으로유입된유체는외통과내통사이에서강한회전속도를형성하며하강선회하고, 부분적으로내통벽면을따라상부의외통벽면으로상승선회하는것으로나타났다. 상승기류는여과포가장착된 shell plate 부분에서선회방향을바꾸면서중심축을따라하강선회한다. 여과포의대부분이하강선회속도장에포함되어있으며, 여과포에서탈진되는입자덩어리를호퍼로하강시키는중요한역할을하는것으로나타났다. Abstract A new type bag filter that combines centrifugal force in existing bag filter system was developed, and its computational simulation was performed to examine characteristics on a flow field and particle behavior. The fluid coming in from the tangential direction forms strong vortex in the space between the inner and outer tube and the flow goes down along the hopper wall. Partially, this flow merges with the up-flow from the inner tube to the upper tube wall. The up-flow changes its direction at the shell plate where the bag filters are mounted and it starts to go down with a vortex along the central axis. Mo st of bag filters are located in down-flow region which this plays an important part to fall down to the hopper more easily when dust cake removed by cleaning. Key words: Bag Filter, Centrifugal Force, Vortex, Flow Field, Particle Behavior 1. 서론 산업체에서발생되는먼지를포집하기위한기술은수십년전부터사용되어왔지만, 근래에와서는대기환경보전법이시행됨에따라서대기오염방지시설이급속히발전하게되었다. 대기오염방지설비로는싸이클론, 전기집진장치, 여과집진장치등이있는데, 이중현재까지최고의집진성능을나타내는것은여과집진장치로알려져있다. 그러나여과집진장치는여과포에부착된입자층에의한과도한압력손실로인해동력비가과다하게소요되고있으며, 여과포에부착된입자층제거를 To whom correspondence should be addressed. sdkim@kier.re.kr 위한주기적인탈진공정운전비, 여과포의교체등으로인한유지 보수비등경제적부담이큰단점을가지고있다 [1, 2]. 여과포표면에도달하는입자의농도를낮추거나균일하게유지시킬경우, 부착된입자층두께의성장으로인한압력손실의증가율을줄일수있고, 이로인하여탈진주기또한감소시킬수있으며, 탈진조작의감소에의한여과포의수명증대로인하여여과포의교체시기를연장시킬수있으므로여과포집진장치의운전및유지보수비를절감시킬수있다. 여과포표면상의입자농도분포를균일하게하고입자부하량을저감시키기위하여 Gregg 과 Davies[3] 는여과포집진장치의유입부에분산판을설치하였고, Yao[4] 는유입관을집진용기에접선방향으로유입시킨하부유입식원심여과집진장치의개발연구를수행하였다. 318

2 본연구는여과포로유입되는먼지부하량을줄이기위하여여과포가장착되는하부에싸이클론처럼접선유입방식을적용하고, 기존싸이클론의배출관과같은역할을하는내통을적용한새로운형태의장치를개발하였다. 함진기체는접선으로유입되어 1 차적으로원심력에의해집진기의벽면에부착되어제거가이루어지고, 여기에서제거되지않은먼지들은상승기류를따라여과포집진부로상승되어제거가되며, 여과포표면에부착된먼지층에의해일정압력손실로증가되면고압의압축공기를이용하여탈진공정이이루어져여과포로부터먼지층이제거된다. 이때, 탈진된먼지가하부의상승기류의방해를받지않고어떤패턴으로하강할지의문점이생기게된다. 본연구에서는원심력이적용된여과포집진장치에있어서유체유동및유입입자의거동을알아보기위하여수치모사 (computational simulation) 를수행하였다. 2. 이론적배경 원심력이적용된여과포집진장치는 Fig. 1 에나타낸바와같이상부에 9 개의여과포가장착되도록되어있고, 하부에는접선형으로유입되는구조와내통으로구성되어있다. 장치의직경은 873 mm 이고, 총높이는 3,957 mm 이며, 유입부는사각형구조로 (mm), 내통의규격은내통길이가 150 mm, 직경이 530 mm, 내통과외통이수직으로만나도록되는구조를가지고있다. 여과포의규격은직경이 156 mm 이고, 길이가 2,000 mm 이며, 총 3 열로되어있고, 1 열에 3 개의여과포가장착되어총 9 개로되어있다. 본수치해석에서는입자와유입기체유동이접선유입관을통하여용기내로유입된후, 용기내의유동장을따라이동하면서일부입자들은용기내벽과내통벽면에부착되고, 나머지입자들은모두여과포집진부로이동하여집진되는것으로가정하였다. 유체유동및입자거동을해석하기위하여상용전산프로그램인 FLUENT/UNS 를이용하였다 [5]. 3 차원난류비압축성정상입자유동을지배하는방정식은유체연속방정식, 운동량방정식, 에너지방정식과난류모델에따른난류운동에너지방정식, 난류소산에너지방정식, 입자의운 원심력이적용된여과포집진장치의유동특성 319 동과궤적을나타내는 Lagrangian 입자궤적추적모델방정식등으로서로결합되어있으며, 동시에풀어야한다. 여기서는유체유동과입자의궤적을분리하여, 수렴된유체유동환경에서입자를부양시켜입자의운동과궤적을계산하는비결합 (uncoupled) 방식을적용하였다. 유체유동은유입구의레이놀드수 (Re = ρul/µ) 를기준으로전유동장이난류유동으로간주되어수치적인난류모델을적용해야하며, 내부에서강한선회유동이발생되므로높은전단변형율을고려할수있는 RNG κ ε 모델을채택하였다 [6] 기본지배방정식및난류모델비압축성유동을해석하기위하여요구되는방정식은질량과운동량보존방정식이다. 본장치는기하학적특성상복잡한 3 차원유동을초래하기때문에어떠한근사화도불가능하다. 또한레이놀즈수가커서유동은속도와유동성질이랜덤섭동 (random fluctuation) 을하는난류가된다. 현재의계산능력으로는이러한유동을직접모사를하는데에한계가있기때문에적당한모델이필요하다. 이를위하여지배방정식에레이놀즈평균을취하여질량보존방정식및운동량보전방정식이다음과같이표현된다 [7]. u i = 0 x i u j u i 1 -- p = v u i u j u x j ρ x i x j x j x i i u j 여기서 u i 는유체의평균유속, ρ 는유체의밀도, p 는평균정압력, v 는유체의층류동점성계수, u i ' 는유체의난류섭동성분을의미한다. 보시네스크가설 (Bossinespue eddy-viscosity hyppothesis) 에의하여레이놀즈응력과난류동점성계수와의관계는다음과같이표현된다 [8]. u i u j = v t = v t C µ k 2 ε u i u j 2 --kδ x j x i 3 ij 여기서 k 는난류운동에너지, ε 은난류소산율, δ ij 는 Kronecker delta 를의미한다. 표준난류모델에비하여소용돌이나회전유동을잘해석하고계산시간도적게소요되는이점이있는 RNG 난류모델의난류운동에너지및난류소산율전달방정식은다음과같다 [9]. (1) (2) (3) (4) u j k = v v t k u x j x j σ k i u j u j ε x j x i (5) u j ε = v v t ε ε C x j x j σ ε x ε1 --u j k i u j u j ε C x ε i k 모델에서사용되어진상수들은 C µ =0.085, C ε2 =1.68, σ k =σ ε = 이다. 계수 C ε1 은난류의시간크기 (time scale) 와평균변형률 (mean-strain rate) 의비인 η 의함수로표현된다. (6) Fig. 1. Shape and boundary condition of a bag filter with combining centrifugal force. C ε η ( 1 ηη 0) = βη 3 η = Sk ε 여기서 η 0 =4.38 이고, β=0.012 이며, S 는아래와같이정의된평균변형률텐서계수를의미한다. S 2 =2S ij S ij (9) (7) (8) Korean Chem. Eng. Res., Vol. 42, No. 3, June, 2004

3 320 김상도 손재익 박영옥 정동규 강용 S 1 ij -- u i u j 2 -- u m δ (10) 2 x j x i 3 x ij m 2-2. 입자궤적추적방법장치내의집진효율을계산하기위해서는입자들의이동경로를정확히계산할수있어야한다. 이러한입자궤적은입자에미치는유체의저항과중력을고려하여종합적으로적분함으로써계산되는데, 다음과같이입자운동방정식은표현된다. du p = F dt D ( u p u) + g x ( 1 ρρ p ) + F x dv p = F dt D ( v p v) + g y ( 1 ρρ p ) + F y dw p = F dt D ( w p w) + g z ( 1 ρρ p ) + F z 화학공학제 42 권제 3 호 2004 년 6 월 (11) (12) (13) 여기서, p 는입자를가리키고, g 는중력가속도이다. u p, v p 및 w p 는각각 x, y 그리고 z 방향으로속도성분을나타낸다. 또한 t 는시간, ρ 는유체의밀도, ρ p 는입자의밀도를의미한다. F D (u p u) 는단위입자질량에작용하는유체의항력을의미하며, F D 는다음과같이표현된다. F D = µ C DRe (14) 2 ρ p d 24 p 여기서 d p 는입자직경을의미하며, 입자와유체간의상대속도의함수로정의되는상대레이놀즈수는다음과같이정의된다. ρd p u p u Re = µ 저항계수 C D 는다음과같이정의된다. a C D a 2 a = Re Re 2 (15) (16) 여기서, 계수 a 1, a 2, a 3 는각각 Morsi와 Alexander의반실험식으로부터주어지는값이다 [10]. 입자의크기가매우작고, 난류유동의영향을받는입자의궤적은통계적으로결정되는난동속도항을고려한다 계산격자 FLUENT/UNS는비정렬격자인 2차원삼각형, 3차원사면체, 육면체, Fig. 2. Mixing pyramid mesh. 혼합형 (Hybrid) 인피라미드, 프리즘격자를이용할수있다. 본장치의수치해석을위하여하부는육면체격자를사용하고, 상부는사면체격자를사용하였고, 특히, 상부와하부를연결할때는육면체에서사면체로전환하는부분에서는 Fig. 2와같은혼합형격자인피리미드격자를사용하였다. 계산격자수는하부의육면체격자는 55,000여개, 상부의사면체격자는 85,000여개, 피라미드격자는 1,000여개등으로총 130, ,000 여개를사용하였다. 또한, FLUENT/UNS는다양한물리적모델을지원하고있는데, 난류모델은강한선회유동에서높은전단변형율을고려할수있는 RNG κ ε 모델을사용할수있고, 입자유동모델등은완전결합식과비결합식둘다지원하고있으나, 비교적덜정확하지만계산시간및메모리량을고려하여비결합식입자추적기법을적용하였다 경계조건 Fig. 1에서와같이각부분에서의계산경계조건은흡입구에서는유체와입자가동일한속도로유입되고있으며, 벽면에서유체는정지조건, 입자는반발 (reflection) 조건을적용하였으며, 하단부입자호퍼부근에서특별히유체는벽면조건을적용하고, 입자는붙잡힘 (trap) 조건을적용하였는데, 이것은집진기의경사부가직경에비해충분히길고, 경사면이수직에가까울때수치적인경계조건으로많이사용되는방법들이다. 벽면에서의난류방정식의경계조건은평형벽법칙을적용하였고, 흡입구와출구에서는각각난류강도 10%, 기준대표길이를입구직경으로지정하였다. 장치로유입되는공기유량은 17.6 m 3 /min으로단면적이 ( mm) 인유입면에서의평균유속은 16.7 m/sec이다. 여과포의총면적이 8.82 m 2 이므로여과포표면에서의평균면속도는 2.0 m/min이다. 집진용기내에서입자거동은직경이 1µm이고밀도가 kg/m 3 인입자에대하여계산하였다. 상단부에설치된여과포는다공성매질로구성되어있기때문에 FLUENT/UNS에서채택하고있는몇가지다공성매질에대한처리방법중하나인점성손실항 (Darcy s law) 과관성손실항 (inertia loss tensor terms) 을고려한운동량손실계산방법을적용하였다. 즉, 이러한다공성매질에의한운동량손실량을압력강하량으로처리하여운동량보존방정식의원천항에서고려되도록하는방법이다. 3. 수치해석결과 3-1. 유동장특성원심력이적용된여과포집진장치에서유동장특성을알아보기위하여각유동장단면에서의속도크기, 속도벡터, 상승속도분포, 정압력분포, 난류운동에너지, U 방향속도분포등에대해서살펴보았다. 원심력이적용된여과포집진장치내부에서속도크기와벡터분포를 Fig. 3-4 에나타내었다. 접선방향을따라유입된유체는유도통로 ( 즉, 외통과내통사이공간 ) 에서강한회전속도가형성되고, 하부의포집구면으로부터중심축을따라선회축을이루면서상승하는기류는내통의내벽을따라상부외통벽면으로상승하는기류로인해속도가크게나타나며, 출구부에서는유량보존차원에서흡입구와단면적이같기때문에유입속도와동일한유출속도크기를나타내고있다. 상승속도크기분포를 Fig. 5 에나타내었다. 중심축부근의흰색영역을제외하고는모두상승기류가형성된속도분포를나타내고있다. 흡입구로유입된기류는회전관성력으로선회하강하다경사면이시작되는지점부터상승기류에편승되어내통벽을따라상부여과포집진장치의벽면주위를따라상승선회를하고있다. 내통벽을따라상승하던기류는외통벽과만나는코너지점근처에서강한재순환영역을형성하는것이관측되는데, 이러한재순환영역에서는유체의체류시간이늘어나고, 입자가포획된상태로축적될가능성이높다. 이지점을지나상승

Distribution of velocity vector (m/s). Fig. 6.

4 원심력이적용된여과포집진장치의유동특성 321 Fig. 3. Distribution of velocity magnitude (m/s). Fig. 5. Distribution of rising velocity magnitude (m/s). Fig. 4. Distribution of velocity vector (m/s). Fig. 6. Distribution of static pressure (Pa). Korean Chem. Eng. Res., Vol. 42, No. 3, June, 2004

6 은정압력분포를나타낸것으로, 유입속도가원통의접선방향으로유입되면서유도통로벽면근처에서경계층이형성되고, 절대속도가감소하기때문에정압력이회복되어나타나는결과를보여준다. 유도통로부위와내통내부중심축부근과의압력차이로인해회전기류의일부가상승선회를시작하기도한다. 이부분을제외한전체유동장의대부분에서는정압력의차이가별로나타나지않고있다. Fig. 7 은난류운동에너지분포를나타낸것이다.

5 322 김상도 손재익 박영옥 정동규 강용 Fig. 7. Distribution of turbulent kinetic energy. Fig. 8. Distribution of velocity vector in section (m/s). 된기류는여과포가장착된천정면에서선회방향을바꾸면서중심축을따라하강선회하게되는데여과포의대부분이하강선회속도장에포함되어있으며, 하부에있는호퍼부근까지중심축주위로계속하강선회하는것을볼수있다. 이로부터여과포에서탈진되는입자덩어리들이대부분이하강기류를타고하부로자유롭게이동하여포집될수있음을예측할수있다. Fig. 6 은정압력분포를나타낸것으로, 유입속도가원통의접선방향으로유입되면서유도통로벽면근처에서경계층이형성되고, 절대속도가감소하기때문에정압력이회복되어나타나는결과를보여준다. 유도통로부위와내통내부중심축부근과의압력차이로인해회전기류의일부가상승선회를시작하기도한다. 이부분을제외한전체유동장의대부분에서는정압력의차이가별로나타나지않고있다. Fig. 7 은난류운동에너지분포를나타낸것이다. 10% 난류강도를가진유체유동이유입구를지나장치내부로유입될때, 내통내벽면을따라상승선회하는기류와유도통로에서바로내통끝단을돌아상승하는기류가합쳐져강한난류에너지가발생된다. 내통을통과한유체는난류소산에의하여난류에너지가감소하게되고, 여과포가장착된면에서는거의일정한난류운동에너지분포를나타내고있다. 호퍼상부, 내통및내통윗단, 여과포집진부각각의위치별에따른단면에서속도벡터와정압력분포를 Fig. 8, 9 에나타내었다. Fig. 8 에서보면, 장치상부에서보았을때시계방향으로유입된유속은전체내부영역에서동일한방향의선회를유지하며, 여과포가장착된상부에서반사되는선회류의방향도같은시계방향으로중심축을따라하강하고있음을확인할수있다. Fig. 9 의각단면에서의정압력분포에서볼수있듯이원주방향으로비교적균일한압력분포를유지하고있는것으로나타났다. Fig. 10 은여과포가장착된상부의여과포표면에서의속도분포를나타낸것이다. 외통주변에서의상승선회와중심축주변에서의선회하강 화학공학제 42 권제 3 호 2004 년 6 월 Fig. 9. Distribution of static pressure in section (Pa).

Fig. 10. Distribution of velocity in bag filter surface (m/s). 원심력이적용된여과포집진장치의유동특성 323 및상부유출구로빠져나가는복잡한기류로인해원주방향으로불균일한속도분포를나타내고있다. 특히, 여과포부근에서는대부분이선회하강유동을하고있는데, 끝단부근에서하강속도가더크게나타나고있는것을알수있다. Fig.

6 Fig. 10. Distribution of velocity in bag filter surface (m/s). 원심력이적용된여과포집진장치의유동특성 323 및상부유출구로빠져나가는복잡한기류로인해원주방향으로불균일한속도분포를나타내고있다. 특히, 여과포부근에서는대부분이선회하강유동을하고있는데, 끝단부근에서하강속도가더크게나타나고있는것을알수있다. Fig. 11 은 U 방향속도분포를나타낸것이다. 본체중앙축을 U 방향 (X) 으로, 입구로유입되는방향을 Y 방향으로가정하였을때, 유입부를따라유입된유체는유입부에서중심축을선회하면서벽면을따라하강속도를갖는것으로나타났고, 또한내통벽면을따라서는강한상승기류를형성하면서상부벽면을따라계속하여상승함을보여주고, 장치중앙부에서는하강기류를형성함을나타내고있다. 유입된유체는선회하면서하강하다가상부로의상승기류의영향으로점차힘을잃고유입부근처에오면벽면을따라약간상승하게되는데, 이는여과포집진장치내부에서유동장이비대칭의흐름을보이는결과이다. 결과적으로유입된유체유동이전체적으로하강하다가재상승하는형태가아니고, 유입된유체들이내통을따라곧장상승하는기류와더불어한쪽으로치우쳐하강하던기류가다시상승하는현상을보이고있다. 이상의유동장특성을토대로여과포집진장치내부에서의기류의흐름패턴을 Fig. 12 에나타내었다. 전체적인유동현상은먼저, 유입구를들어온유체와입자는접선방향으로선회를시작하면서내통의바깥과외통의안쪽면사이의유도로를통하여강한 1 차선회류를발생시킨다. 1 차선회류는외통벽을따라하강하면서, 하단부의호퍼부근에서선회방향을바꾸면서중심축을따라 2 차상승선회류로바뀐다. 선회중에입자와유체는원심력과중력및관성력의평형이깨지면서입자와유체가분리되기시작하고, 외통벽면에부딪히는입자는대부분하강하여포집된다. 여기까지는표준싸이클론에서와같은양상을보이지만, 중심축을따라다시상승하는유체와입자는내통내부면에이르러서는흡입유량중압력차에의해하강하지못하고곧바로내통벽 Fig. 11. Distribution of U-type velocity (m/s). Fig. 12. Typical flow pattern of a bag filter with combining centrifugal force. Korean Chem. Eng. Res., Vol. 42, No. 3, June, 2004

324 김상도 손재익 박영옥 정동규 강용 Fig. 13. Particle trajectory with loading in inlet exit. Fig. 14. Particle trajectory with loading in bag filter. 을넘어온기류와합류하면서내통내벽을따라상승한다.

13 은유체유동유입부에서부양된입자의궤적을나타낸것이다. 접선방향으로유입된입자는유도통로및호퍼벽면을따라선회하강하여포집되고, 일부입자들은유동통로부의선회부를이탈하여상승하거나호퍼하단부에서상승하여여과포가장착되어부분으로상승하게된다. 여과포상단부에서일부입자는하강기류를따라재하강하기도하고일부는장치유출구를빠져나가기도한다. Fig.

7 324 김상도 손재익 박영옥 정동규 강용 Fig. 13. Particle trajectory with loading in inlet exit. Fig. 14. Particle trajectory with loading in bag filter. 을넘어온기류와합류하면서내통내벽을따라상승한다. 이상승기류는상부의여과포가장착되어있는외통벽면을따라계속같은방향의선회를유지한다. 일부는여과포시스템으로통과하기도하고일부는여과포사이의공간을통해중심축을따라하강하는 3 차선회류가발생한다. 3 차선회류의생성으로여과포에서탈진된침강하는먼지입자들이 2 차선회류에의해영향을받지않고하부로침강할수있음을예측할수있다 입자의거동특성 Fig. 13 은유체유동유입부에서부양된입자의궤적을나타낸것이다. 접선방향으로유입된입자는유도통로및호퍼벽면을따라선회하강하여포집되고, 일부입자들은유동통로부의선회부를이탈하여상승하거나호퍼하단부에서상승하여여과포가장착되어부분으로상승하게된다. 여과포상단부에서일부입자는하강기류를따라재하강하기도하고일부는장치유출구를빠져나가기도한다. Fig. 14 는여과포집진장치에서탈진된먼지의하강특성을알아보기위하여여과포집진장치중심부에서부하시킨입자덩어리 (particle cake) 의궤적을나타낸것이다. 중심부에서부하된입자덩어리들은대부분은하강기류를따라하강하다내통부근에서호포벽면을따라선회하강하여포집되고, 일부입자들은하강기류를따라가지않고재비산하여장치의상부에서선회하며포집이이루어진다. 입자의집진효율은동일한위치에서부양시킨여러크기의입자들의궤적을계산하여포집구면에붙잡힌전체입자수의비율을기준으로해서입자크기별로계산하게된다. Fig. 15 는유입유체의유속변화에따른입자크기별부분집진효율을나타낸것이다. 유입유체유속이 10 m/sec 에서 30 m/sec 로증가함에따라 50% cut-off 직경이감소하는것을보 화학공학제 42 권제 3 호 2004 년 6 월 Fig. 15. Fractional collection efficiency. 여주고있는데, 이는유입유체유속의증가로입자의선회강도가커진결과로해석할수있다. 4. 결론 기존의여과포집진장치의하부에접선으로유입되는원심력이접목될경우의여과포집진장치내부에서유동장및입자거동특성을알아보기위하여속도분포, 속도벡터, 속도크기, U 속도분포, 정압분포, 상승속도분포, 난류에너지등에대하여수치해석을실시하였다. 여과포집진장치의하부에접선방향으로유입된유체는하부에서일반표준형싸이클론과유사한형태의 1 차및 2 차선회류를형성하는것

8 으로나타났다. 1 차선회류의형성으로인하여유입유체에포함된입자들이호퍼벽면에부착되어 1 차적인먼지제거가이루어지고, 이로써상부여과포로상승하는먼지부하량을저감시킴을알수있었다. 2 차선회류를따라상승한먼지들은상부에장착된여과포에포집되어제거가이루어진다. 여과포에포집된먼지를털어내면하부로하강하는 3 차선회류의형성으로인하여탈진된먼지입자들이상승기류의영향을덜받고하부로쉽게침강할수있음을알수있었다. a 1, a 2, a 3 C D C µ C ε1 C ε2 d p F D 사용기호 : experiment value defined by Morsi and Alexander [ ] : drag coefficient [ ] : coefficient in Eq. 6 [ ] : coefficient in Eq. 6 [ ] : coefficient in Eq. 6 [ ] : diameter of particle [m] : drag force [N] g : gravity acceleration [m/sec 2 ] k : turbulent kinetic energy [m 2 /sec 2 ] p S t u i u p v p w p 그리이스문자 σ k σ ε β δ ij ε : static pressure [Pa] : strain tenser coefficient [ ] : time [sec] : mean velocity of fluid [m/sec] : velocity of x direction [m/sec] : velocity of y direction [m/sec] : velocity of z direction [m/sec] : coefficient in Eq. 5 [ ] : coefficient in Eq. 6 [ ] : coefficient in Eq. 7 [ ] : Kronecker delta in Eq. 3 [1 ] : turbulent dissipation ratio 원심력이적용된여과포집진장치의유동특성 325 η : function of mean-strain rate [ ] η o : coefficient in Eq. 7 [ ] ρ : density of fluid [kg/m 3 ] ρ p : density of particle [kg/m 3 ] ν : kinetic viscosity coefficient 아래첨자 p : particle 참고문헌 1. Ogawa, A., Separation of Particles from Air and Gases, CRC Press Inc., Boca Raton, Florida(1984). 2. Yoo, K. J. and Le, J. Y., Study on the Economic Assessment for Particulate Control Equipments, onsei Univ., Mechanical Eng., Dpt., MS Thesis(1993). 3. Gregg, W. and Davies, G. J., Improving Pulse-Jet Dust Collector Operation; The Effect of Gas Stream Inlet Design, The User and Fabric Filtration Equipment VI, Proceedings of an International Specialty Conference, Toronto, Ontario, 37(1992). 4. Yao, S. J., Characteristics of Cyclone-Bag Filter with Votton Inlet, J. KSEE, 22(4), (2000). 5. Fluent Inc., FLUENT/UNS Ver4.5.8 User s Manual(1998). 6. Yakhot, V. and Orszag, S. A., Renormalization Group Analysis of Turbulence, I. Basic Theory, J. of Scientific Computing, 1(1), 3-51(1986). 7. Batchelor, G. K., An Introduction to Fluid Dynamics, Cambridge Univ. Press, Cambridge, England(1967). 8. Hinze, J. O., Turbulence, McGraw-Hill, New York(1975). 9. Choudhury, D., Introduction to the Renormalization Roup Method and Turbulence Modeling, Fluent Inc. Technical Memorandom TM- 107(1993). 10. Morsi, S. A. and Alexander, A. J., An Investigation of Particle Trajectories in Two-Phase Flow Systems, J. Fluid Mech., 55, (1972). Korean Chem. Eng. Res., Vol. 42, No. 3, June, 2004

2. 수치시뮤레이션 2.1 기본방정식과수치조건 기본방정식은 Navier-Stokes 방정식이며 FEM 수치기법으로이산화하여구조격자를만들어계산을수행하였다. k- 을사용한수송방정식은 t (ρε)+ (ρεu x i )= i x j [( μ+ μ t σ ε ) ε + C 1ε

2. 수치시뮤레이션 2.1 기본방정식과수치조건 기본방정식은 Navier-Stokes 방정식이며 FEM 수치기법으로이산화하여구조격자를만들어계산을수행하였다. k- 을사용한수송방정식은 t (ρε)+ (ρεu x i )= i x j [( μ+ μ t σ ε ) ε + C 1ε 2005 년도한국해양과학기술협의회공동학술대회 장애물이있는관유동의수치모사와난류모형적용 Numerical Simulation of Pipe Flow with an Obstacle and the Application of Turbulent Models 곽승현한라대학교컴퓨터응용설계학과 SEUNG-HYUN KWAG Department of Computer Aided