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Hopper형 SMX 구조를 이용한 마이크로-메소 혼합기 혼합 효율 향상에 관한 연구
백승호(S. H. Baek),양정호(J. H. Yang),강동석(D. S. Kang),하철우(C. W. Ha),심용식(Y. S. Sim),강동환(D. H. Kang),최평호(P. H. Cho),박상후(S. H. Park) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
현대산업에서 필요로 하는 다양한 화학물질의 효과적인 합성을 위해서는 물질을 균일하게 섞는 것이 필수적이다. 종래의 중화학 공업에서는 이러한 혼합 공정을 위하여 화학물질이 담긴 거대한 용기에 블레이드 등을 이용해서 혼합을 수행하는 회분식 구조를 사용하였다. 이러한 회분식 혼합기는 낮은 안정성 및 효율성, 거대한 설치 공간, 낮은 확장성 등 다양한 단점으로 인하여 높은 안정성 및 효율성, Lab-scale 의 설치공간, 높은 확장성, 공정관리의 용이성 등 다양한 장점을 가진 마이크로-메소 혼합구조가 제안되고 있다. 대부분의 마이크로-메소 혼합구조는 수십 μm-mm 수준의 유로폭을 가지는데, 외부 동력 없이 좁은 유로에서 효과적인 혼합을 수행하기 위하여 기존의 연구에서는 1) 유동의 분기 및 통합, 2) 장애물 설치를 통한 난류 유도의 크게 두 가지 방법을 사용한다. 구체적인 구조 형상은 유동 조건의 Reynolds 수와 적용 유로에 따라 달라지는데, SMX 구조의 경우 교차하는 판의 단순한 형상을 이용하여 넓은 범위의 Reynolds 수와 유로 폭에서 적용이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 유동 방향과 수직 방향의 축을 기준으로 회전시킨 판으로 구성된 SMX 구조에 중심에서 떨어진 각 판을 유로 방향을 축으로 하여 회전시킨 구조를 통하여 일종의 Hopper 화 같은 형상을 구현하여 기존의 단순한 SMX 구조에 비해 유동의 통합 강화하여 혼합 성능을 향상시키고자 하였다. 제시한 Hopper 형 SMX 구조의 혼합 성능을 상용 자유 표면 유동 유한요소해석 프로그램인 Flow-3D 를 이용하여 해석적으로 평가하였으며, 일반적인 SMX 구조와 혼합 성능을 비교하여 우수한 성능을 보임을 확인하였으며, 추후 실험적으로 검증할 예정이다.
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