자기장 하에서 밀폐용기 내부의 이중 확산 유동 해석

Abstract

본 연구에서는 크게 이중 확산 유동에서의 공진 특성을 알아보고, 또 magnetizing force하에서 이중 확산 유동의 특징을 알아보고자 하였다. 먼저 이중 확산 유동에서 공진 특성을 알아보고자 사각용기 좌우에 electric coil을 설치하고 시간 주기적인 magnetizing force를 가하였다. 이중 확산 유동에 있어서도 사각 용기 내부에서 공진 현상이 존재함을 확인 하였고, single diffusive convection과 비교하여 cooperating 조건에서는 평균적인 nusselt number의 증가를 opposing 조건에서는 감소를 나타내었지만 진폭자체의 차이는 크지 않았다. Single diffusive convection에서의 공진 현상과의 또 다른 차이는 공진 진동수의 이동현상이다. Cooperating 조건의 경우 공진 진동수가 커졌고, opposing 조건의 경우는 작아 졌다. 하지만 이러한 공진 진동수의 이동현상은 Lewis number가 커짐에 따라 없어지고 이중 확산 유동에서의 공진 진동수는 single diffusive convection에서의 공진 진동수와 같아지게 되는데, 이는 Lewis number가 커짐에 따라 농도장의 영향이 작아지게 되어, 농도장에 의한 buoyancy force의 영향이 작아지게 되고, 따라서 시스템 자체의 internal gravity 진동모드에 미치는 영향이 작아지게 되기 때문이다. 시간 주기적인 magnetizing force의 세기를 다르게 하였을 경우 magnetizing force가 세어짐에 따라 그 진폭의 크기의 증가가 눈에 띄었으며, cooperating 조건과 opposing 조건에서의 평균적인 nusselt number의 차이는 magnetizing force에 의한 영향이 상대적으로 증가하면서 , 두 경계조건에 의한 차이는 줄어들게 되었다. 다음으로 magnetizing force하에서 이중 확산 유동의 특성을 알아보고자 시간에 따라 일정한 크기의 자기장을 가하였다. 유동의 세기는 cooperating 조건일 때 강한 것을 확인 할 수 있었으며, 그 이유는 concentration buoyancy force가 기존의 single diffusive convection에서의 thermal buoyancy force에 상대적으로 작용하여 영향을 미치는 것을 알 수 있다. Cooperating 조건과 opposing 조건 모두, electric coil의 위치를 오른쪽 또는 아래쪽으로 하였을 때 대류가 활발히 일어났으며 왼쪽과 위쪽에 위치 시켰을 때에는 대류가 억제되었다. 마지막으로 magnetizing force의 세기에 따른 이중 확산 유동에서의 특성을 살펴 보았다. Magnetizing force의 세기가 증가함에 따라 더 강한 유동장이 형성 되었으며 이러한 강한 유동장에 의해서 유동장의 tilting현상 및 비대칭성이 발생 하였다. 결국 여러 개의 layer는 1개의 큰 layer로 합쳐지게 되었다. 이러한 결과는 농도장에도 반영되어서 1개의 layer로 합쳐진 이후에는 여러 층으로된 계단 형태의 농도 구배에서 사각용기 내부에 균일한 농도장을 갖게 되는 것을 확인 할 수 있었다. 열전달 현상 역시 magnetizing force의 증가에 따라 향상 되었다.