일반기술

유체 항력 저감 장치 및 방법

본 발명은 슬러리(slurry)와 같은 고체입자가 분산된 유체(Dispersion)의 이송시 항력 감소(drag reduction)를 위하여 관의 일부에 진동발생 장치를 부착 작동하여 항력감소를 유도하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 특징은 슬러리 또는 전단담화성(shear-thinning) 비뉴턴성 유체가 흐르는 고체면에 진동을 유동방향에 수직 방향으로 인가하여 고체 표면에서의 점도 감소를 유도하여 결과적으로 유동저항을 감소시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 작은 진동발생 동력원을 통하여 항력 감소의 큰 효과를 거둘 수 있어, 특히 고점도 슬러리 유체 수송에 소비되는 펌핑 동력을 크게 감소시킬 수 있게되어 에너지 절감의 효과를 기대할 수 있다.본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이, 가진기를 포함한 진동발생부(31)가 부착할 관의 일부(32)를 유연한 재질의 진동흡수 연결부재(34)를 통하여 본 관(22)에 연결하고, 진동발생부(31)를 제어하는 마이크로프로세서(33)로 구성되는 유체항력 저감장치(30)이다.이 때, 진동발생부(31)는 일반적으로 가진기(vibrator)를 사용하는데, 원하는 동작, 즉, 진폭(또는 변위), 속도, 가속도 등을 얻기 위한 구동 방식에 따라 기계식(mechanical), 전자식(electro-dynamic) 그리고 유압식(electro-hydraulic)의 세 가지로 구분한다. 그러나 이중에서 가장 폭넓은 주파수 대역에서 사용이 가능한 전자식이 가장 널리 사용되고 있다. 전자식 가진기는 전기적 신호를 역학적 운동으로 변환시켜 작동이 되므로 임의의 진동 레벨이나 힘을 생성하고 제어하기가 용이하다. 이는 스피커의 작동과 매우 흡사하며 진동모터 형태로 나와있다. 다음에 본 발명의 실시예를 통하여 유체의 항력이 감소되는 메카니즘에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상류로부터 유입되는 현탁액(21)이 진동발생 부위의 관(32)을 지나면서 유동 방향에 수직 방향의 진동을 받게된다. 이 때, 진동의 주파수(frequency)와 진폭(amplitude)의 크기는 마이크로프로세서(33)에 의하여 조절된다. 현탁액의 구성은 액체에 고체 입자가 균일하게 분산되어 있는 것으로서, 횡진동(tranversal vibration)이 인가되면 균일하게 분산되어있는 고체 입자가 도 2에 도시된 바와 같이 관 벽으로부터 이탈되면서 유동의 중앙부에 편중 분포되게 된다. 특히, 이러한 고체 입자의 편중 분포 효과는 고체 입자와 액체의 비중 차이가 클수록 더욱 잘 나타난다. 즉, 이는 진동으로 인해 관 벽(32)이 급격하게 방향을 바꾸게되면서 이에 대한 관성이 큰 고체입자는 관벽의 운동을 충분히 따라가지 못하게되면서 고체 입자가 관벽으로부터 이탈되고 관 유동 중심부위로 편중 분포하게 되는 것이다. 이러한 본 발명의 실시예에 대한 실험 결과를 도면을 참조하여 설명한다.