[결과레포트] 유동층의 유동특성

목차

1. 서 론
2. 실험 이론
3. 실험 장치 및 방법
4. 실험 결과
5. 실험결과에 따른 고찰
6. 결론
7. 인용문헌
8. 부록

본문내용

30
236+60
= 296
13500
60
1875-1000
= 875
248+40
= 288
* 유동층의 높이에서 1000을 뺀 이유는 Manometer의 눈금이 1000부터 시작했기 때문이며,
수두차에서 두 눈금의 값을 더한 이유는 가운데를 0으로 보지 않고 양끝에서 눈금을 쟀기 때문임을 참고해주세요.
① 입자의 밀도
② 공극률
③ 유체의 유량
④ 유체의 유속
⑤ 압력강하
부피(ml)
유동층높이(mm)
수두차(mmH2O)
유량(ml/s)
유속(cm/s)
△P(Pa)
3000
290
270
50
2.22
2031
6000
378
272
100
4.44
2101.8
9000
530
268
150
6.67
3711.6
12000
730
296
200
8.89
5112.2
13500
875
288
225
10
6127.7
<실험결과에 따른 그래프>
<이론값에 따른 그래프>
위 그래프에서 알 수 있듯이, 유속이 증가함에 따라 유동층의 높이와 압력강하가 증가한다. 그러나 일단 유동층화가 되면 유동층 사이의 압력강하는 일정하게 되나 유동층의 높이는 유속의 증가에 따라서 증가하게 된다.
5. 실험결과에 따른 고찰
① 실험장치에서 추가 고장이 나서 추의 눈금을 맞추기가 어려웠다.
- 이 과정에서 유속이 일정하지 못했기때문에 그에따른 수두차와 유동층높이에 영향을 끼쳤을것이라 생각된다. 좀더 정확히 측정하기 위해선 눈금을 조금씩 움직이며 맞춘 후, 조금 기다렸다가 추가 완전히 멈춘후에 실험을 시작해야 했다.
② 물 순환 시켜주는 pump의 성능이 흔들리므로 일정한 유속을 유지 할 수 없다.
③ 유속계가 있지만 충진층으로부터 유동층으로 변하는 지점의 눈금값이 최소값 이하이므로 유명무실하다.
④ 마노미터의 관내부가 노후하여 정확한 측정이 불가능하므로 오차가 발생하였다.
⑤ 유속측정시 물을 포집하는 부분이 부피가 커서 정확한 유속 측정이 불가능했다.
6. 결론
실험에 있어서 오차는 매우 조심스러워야 하고, 최대한 줄여야하지만 이번 실험에 있어서는 실험기구에 의한 오차가 가장 많았다. 가장 세밀해야할 눈금측정에 있어서도 추와 pump의 성능으로 인해 일정한 유속을 유지하기 어려워 실험을 하면서 매우 어려웠고, 그에 따른 오차가 매우 컸다.
이러한 오차를 최대로 줄일 수 있도록 실험기기들을 다시 점검해야 한다고 생각한다.
7. 인용문헌
1. McCabe, Smith, Harriot : Unit operation of Chemical Engineering, 5th ed. 3. Harriot, J. A. : Ind. Eng. Chem.,
2. Perry, J. H. (ed.) : Chemical Engineers' Handbook, 6th ed., McGraw-hill, New York, 1984.
3. 화공생명공학실험 TEXT
8. 부록
▷ 유동성 고체의 거동
유동화된 입자들의 거동은 입자의 크기와 밀도, 유체의 성질과 유체의 속도에 의존한다. 유체가 액체이면 입자들은 개개의 입자들로써 액체층을 통과한다. 이때 이 유체층은 매우 균일한 층이다. 이런 형태의 운동을 입자 유동화라 한다.
그러나, 유체가 기체이면 입자 유동화를 얻기가 어렵다. 속도가 wm에 가까울 때, 즉 wm≤w≤1.2wm일 때와 입자 크기가 50㎛ 정도일 때만이 기체에 의해 유동화된 입자들의 특성이 고체-액체 계와 유사하다는 것을 보여준다. 크기가 작은 입자들(< 20㎛)은 종종 유동층에서 덩어리지거나 흩어지는데, 이것은 그림 3a와 같이 주로 유체가 유동층을 통과할 때 분출하거나 편류로 인한 표면력에 기인한다. 큰 입자들은 그림 3b와 같이 특히 더 높은 속도에서 기포를 형성한다. 기포는 유동층의 표면에서 터지면서 위쪽 공간에서 입자로 튄다. 유동층은 끓고 있는 액체와 매우 비슷해서 이런 종류의 유동화에 비등층(boiling bed)이라는 이름이 붙여졌다. 유동층에서 입자가 기포와 따로 움직이거나 올려져 완전하게 응집해서 운동하면 이런 형태의 유동화 방법을 응집유동화(aggregative fluidization)라 한다.
▷ 최소 유동화 속도
최소 유동화 속도에 관한 식을 구할 때에는 층에서의 압력강화가 단면의 단위 면적당 층무게와 같다고 놓고 대체된 유체의 부력을 고려한다. 즉,
(1)
초기 유동화에서 ε은 최소 공극률 εM 이다.
따라서,
(2)
충전층에서의 압력강하에 관한 ERGUN식을 다음식으로 다시 정리할 수 있다.
(3)
이 식을 초기 유동화 점에 적용하면 최소 유동화 속도 VoM에 관한 2차식된다.
(4)
입자가 아주 작으면, ERGUN식에서 층류항만이 중요하다. NRe,p < 1 일 때 최소 유동화 속도의 식은 다음과 같다.
(5)
여러 가지 실험식에 따르면 VoM은 입도의 2.0의 제곱보다 다소 적게 변하며, 꼭 점도에 역비례하는 것은 아니다. 예상한 지수값이 다소 달라지는데 이는 ERGUN식의 둘째을 무시한 것에 따른 약간의 오차와 입도에 따른 공극률εM의 변화 때문이다. 대체로 구형 입자인경우εM은 0.40 - 0.45인데, 입경감소에 따라 다소 증가한다. 불규칙고체인 경우에는 εM의 불확실성이 VoM을 계산할 때의 주된 오차가 될 것이다.
아주 큰 입자의 ruddnm에는 층류항이 무시되며, VoM은 입도의 제곱에 따라 달라진다.
NRe,p < 1 일때의 식은 다음과 같다.
(6)
▷ 입자층의 팽창
어떤 형태의 유동화이거나 유효속도가 증가하면 층이 팽창한다.
전체압력 강하는 일정하게 유지되므로 단위 길이당의 압력강하는 ε이 커질수록 줄어든다. 식 (1)을 다시 쓰면 다음과 같다.
입자유동화에서는 균일하게 팽창한다. 따라서 고정층에 적용되는 식을 약간 팽창된 층에 적용하여도 비슷하게 맞을 것으로 예상된다.
입자사이에서의 흐름이 층류라고 가정하고 식(3)의 첫항을 사용하면 팽창층에 관한 다음 식이된다.
이 식은 최소 유동화 속도식과 비슷하지만, 여기서는 V0가 독립변수이고 ε이 종속변수이다. 식(6)에서 V0가 V0M보다 클 때 ε3/(1-ε)은 V0에 비례함을 알 수 있다. 팽창층 높이는 ε으로부터 구할 수 있다. 초기유동화에서의 L 및 ε의 값은 다음 식으로 구할 수 있다.

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