기술개요
|
관(Pipe)내를 흐르던 유동이 후향 계단 형상을 만나게 되면, 후향계단 모서리에서 박리(Separation)되었다가, 낮은 바닥으로 다시 붙게 된다. 이를 재부착(Reattachment)현상이라고 하며, 재부착 지점과 후향 계단 옆 벽면 사이에는 재순환영역(recirculation region)이 발생하게 된다. 이러한 후향계단에서의 유동의 박리 및 재부착현상에 대해서는 기존의 다수의 연구들을 통해서 특징들이 보고되었다. 그 중에서 관내 유동 조건에 따른 재부착현상의 변화에 대한 내용을 본 기술에서 적용하고자 한다. 관내 유동 조건을 유동의 관성효과와 점성효과의 비를 나타내는 무차원화 수인 Reynolds 수로 나타낼 수 있다. 기존 연구에서 관내 유속이 증가할 때, 즉 Reynolds 수가 증가할 때 후향계단에서 박리된 후 재부착 길이가 증가되는 것을 보고 하였다. 관내 유동의 Reynolds수가 증가함에 따라 재부착길이(X)가 변하게 되는 데, Re < 1200의 영역에서는 선형적으로 증가하는 것을 할 수 있다. 관내 유동에서는 Re < 2000 영역을 층류(Laminar) 유동으로 구분하는데, 즉 유입되는 유동이 Re < 1200 이하의 층류 유동일 경우 Reynolds 수와 재부착길이는 선형적인 관계를 보임을 알 수 있다. 본 기술에서는 이러한 현상을 이용하여 간단한 후향계단 형상으로 유량을 측정하고자 한다. 관내유동이 후향계단을 만나서 박리되고, 재부착되는 낮은 바닥면에 유동을 감지할 수 있는 센서를 다수의 어레이(Array)로 설치하여 재부착길이를 측정하고자 한다. 재부착 현상이 일어나는 지점에는 유동이 벽면에 부딪히기 때문에, 다른 지점들과 압력에 차이가 나게 된다. 또한 유동이 후향계단 쪽과 유동의 진행방향 쪽의 양쪽으로 갈라지기 때문에 유동의 변화도 다른 지점들과는 차이가 나게 된다. 따라서 벽면에서 압력과 유속을 측정할 수 있는 센서들이 적용이 가능하다. 구체적으로 적용가능한 어레이 센서로는 얇은 박막에 일정한 온도를 가해주고, 유동의 흐름에 의한 온도 변화를 감지하는 Hot-film sensor를 사용할 수 있다. 또한 압력에 의해 전기를 발생하는 피에조(Piezo)현상을 이용한 센서인 PVDF (Polyvinylidenefluoride) 어레이을 이용할 수 있다. 이외에 유동(압력, 유속)의 변화를 감지할 수 있는 어떤 종류의 센서도 사용할 수있다.국내에 보급되는 질량식 기체 유량계 중에서 MFC(mass flow controller)가 일부 생산되고 있으나 미세관로와 열선을 사용하므로 이물질 부착과 부식으로 인함 고장이 자주 발생함. 이를 대체 할 수 있는 유량계로 개발 가능함.새로운 방식의 질량유량 측정장치를 제시할 수 있게 됨.
|