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고온 작동 싸이클론 유체역학적 거동 전산 연구
A numerical fluid dynamic study of a high temperature operating cyclone

신미수    (충남대학교 환경공학과   ); 김혜숙    (충남대학교 환경공학과   ); 장동순    (충남대학교 환경공학과  );
  • 초록

    고효율 싸이클론의 설계는 압력강하의 최소화와 집진효율의 최대화를 이루는 것이 중요하다. 본 연구는 고온, 고압 조건하에서 신뢰성 있는 컴퓨터 프로그램을 개발하여 싸이클론의 집진효율에 영향을 주는 물리적 메카니즘을 연구하는 것이다. 수치 해석적 연구를 통한 고온, 고압 조건에서의 압력강하 계산은 실험데이터와 비교적 잘 일치하였다. 온도와 압력은 일반적으로 집진효율에 중요한 영향을 미치는데 보통 항력에서 가스의 밀도나 점도 등에 영향을 주어서로 상반되는 결과를 나타낸다. 그러므로 고온 운전에 따른 집진효율의 감소는 고압 조건으로 운전하는 것이 대안이 될 것으로 판단된다. 집진효율에 영향을 주는 인자에 대해 좀 더 세부적인 연구를 위하여 접선방향 속도나 보텍스 파인더의 직경 등과 같은 싸이클론의 설계변수나 운전변수에 따른 연구를 수행하였다. 예상한 바와 같이 접선방향의 속도가 집진효율에 가장 큰 영향을 주었다. 그리고 보텍스 파인더의 직경이 증가할수록 집진효율은 감소하였으며 보텍스 파인더의 길이는 집진효율에 큰 영향을 나타내지 않았다.


    One thing to note in cyclone operation and design is to minimize the pressure drop with the enhancement of the efficiency of dust collection. This can be facilitated by the detailed resolution of complex fluid flow occurring inside a cyclone. To this end, the main objective of this study was to obtain the detailed fluid dynamics by the development of a reliable computation method and thereby to figure out the physics of dust collection mechanism for more extreme environment caused by high temperature and pressure condition. First of all, the computer program developed was evaluated against experimental result. That is, the numerical calculation predicts well the data of experimental pressure drop as a function of flow rate for the elevated pressure and temperature condition employed in this study. The increase of pressure and temperature generally affects significantly the collection efficiency of fine particle but the effect of pressure and temperature appears contrary each other. Therefore, the decrease of collection efficiency caused by the high operating temperature mainly due to the decrease of gaseous density can be remedied by increase of operating pressure. After the evaluation of the program, a series of parametric investigations are performed in terms of major cyclone design or operating parameters such as tangential velocity and vortex finder diameter for dusts of a certain range of particle diameters, etc. As expected, tangential velocity plays the most important effect on the collection efficiency. And the efficiency was not affected significantly by the change of the length of vortex finder but the diameter of vortex finder plays an important role for the enhancement of collection efficiency.


  • 주제어

    싸이클론 .   수치해석 .   압력강하 .   집진효율.  

  • 참고문헌 (9)

    1. Morweiser, M. & Bohnet, M., “ Hot gas cleaning with aerocyclones under pressure conditions,”PARTEC 95, 3rd European Symposium, (1995) 
    2. Triesch, O. & Bohnet, M., “Measurement and CFD prediction of velocity and concentration profiles in a deceleration gas-solid flow,”World Filtration Congress 8, (2000) 
    3. Patankar, S. V., Numerical heat transfer and fluid flow, McGraw-Hill Company (1980) 
    4. Bryant, H. S., Silverman, R. W.&Zenz, F. A., “How dust in gas affects cyclone pressure drop,”Hydrocarbon Processing,62, 87-90,(1983) 
    5. Rongbiao Xiang, S. H., Park, K. W., and Lee, K. W., “Effects of cone dimension on cyclone performance,”Aerosol Science, 32, 549-561 (2001) 
    6. Morweiser, M. & Bohnet, M., “Influence of operating conditions on grade efficiency and pressure drop of aerocyclones,”Third International Conference on Multiphase Flow, ICMF '98, (1998) 
    7. Bohnet, M. & Morweiser, M., “In-line measurement of cyclone separation efficiency using light scattering aerosol counters,” World Filtration Congress 8, (2000) 
    8. Wallis, G. B.,“ One-dimensional and two-phase flow,”McGraw-Hill, New York(1969) 
    9. Zhu, Y., and Lee, K. W.,“ Experimental study on small cyclones operating at high flow rates,”Journal of Aerosol Science, 30, 1303-1315 (1999) 

 저자의 다른 논문

  • 신미수 (20)

    1. 2003 "A NUMERICAL AND EXPERIMENTAL STUDY ON THE MIXING CHARACTERISTICS OF STRATIFIED THERMAL STORAGE" Environmental engineering research 8 (1): 41~47    
    2. 2005 "소형 오리멀젼 보일러의 연소특성 연구" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 27 (10): 1081~1089    
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