수직관 내에서 기체-기름 그리고 기체-슬러리 혼합물의 유동 특성에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 SYNTHOIL Process와 유사한 성질의 기체 -기름(oil) 그리고 기체 - slurry혼합물이 수직관을 위 방향으로 흐를때, 흐름 형태와 상 체유량, 그리고 압력 강하와 같은 흐름 특성을 연구하였다. 직경이 다른 두 관(1.85cm ID, 2.85cm ID) 에서, 두 종류의 기체(공기, 탄산기체) 와, 광유(43.1cp, 133cp), 그리고 네가지의 기름-석탄 slurry(5-30wt%)를 사용하여, 관 경과 기체 밀도 그리고 액체 점도가 미치는 영향을 연구하였다. 기-액 2상 흐름에서 일정 액상 유속일 때 기상 유속이 증가함에 따라 slug, froth, annular 흐름이 차례로 관찰되었으며, annular 흐름이 기존 식들에 의한 예측값보다 훨씬 작은 기상 유속에서 관찰되었다. 액상 점도의 변화에 의한 전이 경계 (transition boundary)에 대한 영향은 비교적 작았으며, 관 경에 의한 영향은 없었다. 액상 체유량(liquid holdup)은 다음의 상관식으로 나타낼 수 있었다. $E_L = 1 - \frac{U_g}{1.206\mu^{0.0622}_LU_T + 0.822\mu^{0.608}_L}$ 전체 압력 강하는 액상 유량에 따라 함께 증가하였으며, 작은 기상 유속일 때를 제외하고, 큰 기상 유속에서는 역시 기상 유속에 따라 증가함을 보였다. 2상 흐름에서의 friction factor를 다음과 같은 상관식으로 나타낼 수 있었다. $f_{TP} = \frac{(\Delta P/\Delta z)_{TP}}{\frac{2U_L^2\rho_L}{D}} = 1.340(\frac{U_G}{U_L})^{0.410} (\frac{DU_L\rho_L}{\mu_L})^{-0.479} ( \frac{U^2_L}{gD})^{-0.524}$