액상 유동화 실험

목차

1.Introduction

1.1. 고정층과 유동층

1.2. 유동화에 대한 최소 속도 및 공극률

1.3. 압력강하와 최소 유동화 속도

1.4. 유동화조건

1.5. 유동화 영역들

1.6. 실험목적

2. Experiment

2.1. 실험장치

2.2. 실험 방법

2.3. 실험 시 유의사항

3. Results & Discussion

3.1. Raw data

3.2. Calculation

3.3. Results

3.4. Discussion

4. Conclusion

5. References

본문내용

4
400
44
8
5.7143
93.4205
71.5204
300
36
6.5
4.6429
75.9042
71.5204
Table 2. 결과값 정리
Table 2.를 보면 유동층 높이가 가장 높을 때 유량이 최대이며 최소유동화속도, 레이놀즈수가 가장 큰 값이며 실험값인 수두차가 가장 큰 값임을 알 수 있다. 이론값인 압력차가 유동층으로 계산하였기 때문에 일정하다. 수두차가 일정해야 하나 증가하므로 일정해야하는 압력차와는 차이가 있다. 따라서 오차가 발생했다는 것을 알 수 있다.
Figure 9. 최소유동화속도에 따른 압력강하 및 유동층 높이 그래프
Figure 9.는 Table 2.의 결과를 통하여 최소유동화 속도에 따른 실험값인 수두차와 이론값인 압력차를 그래프로 나타내었고 유동층 높이 또한 나타내었다.
3.4. Discussion
3.2.에 나타난 고정층일 때 압력차와 수두차는 앞에서 언급했다시피 큰 차이를 보이며 작은 유속이 아니라 판단되어 이는 실험결과에서 배제하겠다. 이제 3.3에 나타나있는 결과를 비교해보자. 우선 유동층의 높이가 높을수록 최소유동화 속도와 레이놀즈수가 증가한다. 그리고 실험값인 수두차도 증가하나 이는 잘못된 결과로 이론값인 압력차를 보면 일정하듯이 수두차도 어느 유동층 높이 이상에서는 일정해야한다. 압력 값이 차이는 고정층보다는 훨씬 적은 차이로 36~88mmH20가 차이가 난다. 압력은 깊이의 함수이므로 유동층의 높이가 가장 낮을 때 가장 압력차가 클 것이라고 예상했는데 이론값은 예상과는 다른 결과를 가져왔다. 그 이유는 유동층이 높이가 낮을수록 유량의 감소로 인한 압력손실이 일어나기 때문인 것 같다. 따라서 높이가 낮아질수록 증가하는 압력만큼 유량의 감소가 일어나 이로 인해 압력 손실에 의한 압력 차가 점점 줄어드는 것 같다. 이런 생각이라면 압력이 거의 차이 없이 조금씩 줄어드는 결과가 나와야 하나 수치적 오차가 생겼는데 이는 manometer 두 개 관의 물 높이를 독같이 유지하기 어렵기 때문에 오차가 발생한 것 같다. glass beads가 작으므로 tap부분에 껴서 압력차에 영향을 줬을 것이다. 또한 유동층이 항상 움직이고 있기 때문에 그 높이 변화에 따른 유량의 손실도 감안해야할 것 같다. 또한 유동층의 높이가 높을수록 기포와 유동이 심해 유동층의 높이를 정확히 측정하지 못한 것도 오차의 원인이 되는 것 같다. 기포가 발생하여 glass beads끼리 뭉쳐서 유동하는데 이러한 기포 발생도 원인이 되는 것 같다. 그리고 유량이 많으면 유동층의 높이가 높으므로 glass beads가 beads filter로 넘어가 glass beads의 손실로 인한 압력차가 변할 수 있다. 그리고 실험방법에 있어서도 오차가 발생하였다. 고정층을 위하여 아주 낮은 유량부터 천천히 변화시켜서 유동층의 높이를 측정하여야 하나 우리는 유동층의 높이를 100mm씩 급하게 변화시킨 나음 유량을 측정하였다. 급하게 변하시켜 압력에 영향을 줬을 것이다. 그리고 glass beads의 직경을 측정하기 어려워 평균값으로 구해서 측정했다는 것도 오차원인에 포함할 수 있을 것이다.
4. Conclusion
이번 실험은 유체인 물로 고체입자를 펌핑시켜 형성된 유동층의 높이와 압력강하 및 유량속도를 측정하고 고정층과 유동층의 흐름현상을 관찰하는 실험이었다. 우리는 이번실험을 유동층의 높이를 조절하여 유량을 관찰하였는데 이보다는 유량을 조절하면서 유동층의 높이를 측정했어야 한다. 유동층의 높이를 크게 줄였기 때문에 이 때문에 이로 인해 큰 오차가 발생하였다. 유속을 조금씩 줄여가며 유동층의 높이를 측정했더라면 좀 더 큰 변화가 일어나지 않기 때문에 고정층 부분을 측정할 수 있었을 것이고 압력강하가 안정적으로 일어났을 것이다.
실험결과를 살펴보면 수두차가 증가하므로 유동층을 발견할 수 없었고 이론값은 일정함을 알수 있다. 실험값과 이론값의 차이는 36~88mmH20로 점차 증가한다. 이러한 오차가 발생한 원인을 알아보면 그리고 유동층의 높이가 높을 때 유체가 심하게 불규칙하게 움직여서 높이 측정의 불확실성이 나타났고 기포가 발생하여 glass beads가 뭉쳐서 기포를 타고 상승하게 되는데 이 상승을 따라 glass beads가 beads filter로 넘어가 glass beads의 손실로 인한 압력차가 변할 수 있다. 그러나 실험이 끝난 후 glass beads의 높이를 측정한 결과 5mm밖에 손실되지 않았기 때문에 큰 영향이 없었을 것이다. 그리고 높이가 차이난 이유로는 glass beads가 유동화 과정을 거치고 난후 더 조밀조밀하게 쌓여서 높이 차이에 영향을 줬을 것이다. 이 현상을 공극률이 변화가 있다는 것도 알 수 있는 것으로서 공극률에서의 차이가 발생하여 계산결과에 영향을 줬을 것이다. 기포는 주위보다 작은 압력을 가지므로 기포가 많을수록 압력강하에 영향을 줬을 것이다. 그 또한 실험에서 수두차를 측정할 때 manometer 두 개 관의 물 높이를 똑같이 유지하기 어렵기 때문에 이 때문에 실험값 측정에서 오차가 발생했다. 우리가 유량으로부터 구한 속도는 입자를 유동시키는 속도로 최소유동화속도와는 차이가 있을 수 있다. 최소유동화속도는 입자가 막 움직이기 시작한 속도로 우리는 그러한 시점을 잡아내지 못했지 때문에 최소유동화속도하고는 차이가 있다.
더 정확한 실험을 하기위해서는 언급했던 수두차측정, 실험방법 등을 더 숙지하여야 할 것이다.
이번 실험은 압력강하가 일정함을 확인하지 못해 유동층인지를 확인하지 못하였고 고정층 역시 확인하지 못하였다. 이번 실험은 압력강하측정이 가장 중요한 실험이었는데 이를 제대로 확인하지 못하였으나 유량에 따른 유체의 흐름 형태에 대해 다시 한 번 관찰하게 되었으며 고정층과 유동층의 구별방법과 압력강하 계산식을 알게 되었다.
5. References
[1] 화학공정실험, 실험 2 액상 유동화실험
[2] 유체 역학, 부정숙 외 , 반도출판사, 1997년, p. 599-603
[3] 유체 역학, 고원역 외, 선 문 당, 1995년, p. 198-204
[4] 순환유동층의 소개 (2), 송병호, 군산대, 2004년, p.1-7

키워드

액상,   유동화,   실험