Applied Chemistry for Engineering, Vol.28, No.4, 448-453, August, 2017
CFD를 이용한 테일러 반응기의 3차원 유동해석
Three-dimensional Fluid Flow Analysis in Taylor Reactor Using Computational Fluid Dynamics
E-mail:
초록
테일러 반응기에서 일어나는 유동의 변화를 전산유체역학을 이용하여 3차원 유동해석을 수행하였다. 테일러 유동은 레이놀즈 수의 증가에 따라 5개의 영역(순환 쿠에트 유동(CCF), 테일러 와류 유동(TVF), 물결 와류 유동(WVF), 변조물결 와류 유동(MWVF), 난류 테일러 와류 유동(TTVF))으로 나뉘어지며, 각각의 영역에서의 유동 특성을 알아보았다. 각각의 영역에서 와류의 형상, 개수, 길이 등에 차이를 나타나며 바이패스 흐름에도 영향을 줌을 확인하였다. 그 결과 TVF, WVF, MWVF, TTVF 영역에서 테일러 와류가 발생하였다. 테일러 와류의 개수는 TVF 영역에서 가장 많으며 TTVF 영역에서 가장 적게 관찰되었다. 수치해석모델의 검증을 위하여 실험결과와 비교하였고, 실험결과 대비 해석결과가 잘 일치함을 나타내었다.
We conducted the three-dimensional fluid flow analysis in a Taylor reactor using computational fluid dynamics (CFD). The Taylor flow can be categorized into five regions according to Reynolds number, i.e., circular Couette flow (CCF), Taylor vortex flow (TVF), wavy vortex flow (WVF), modulated wavy vortex flow (MWVF), and turbulent Taylor vortex flow (TTVF), and we investigated the flow characteristics at each region. For each region, the shape, number and length of vortices were different and they influenced on the bypass flow. As a result, the Taylor vortex was found at TVF, WVF, MWVF and TTVF regions. The highest number of Taylor vortex was observed at TVF region, while the lowest at TTVF region. The numerical model was validated by comparing with the experimental data and the simulation results were in good agreement with the experimental data.
- Taylor G, Philos. Trans. R. Soc. Lond. Ser. A-Math. Phys. Eng. Sci., 223, 289 (1923)
- Donnelly RJ, Phys. Today, 44, 32 (1991)
- Koschmieder EL, Benard Cells and Taylor Vortices, 219-225, Cambridge University Press, UK (1993).
- Coles D, J. Fluid Mech., 21, 385 (1965)
- Chandrasekhar S, Proc. R. Soc. Lond. A, 265, 188 (1962)
- Nemri M, Climent E, Charton S, Lanoe JY, Ode D, Chem. Eng. Res. Des., 91, 2346 (2012)
- Marcus PS, J. Fluid Mech., 146, 65 (1984)
- Dou HS, Khoo BC, Yeo KS, Int. J. Therm. Sci., 47, 1422 (2008)
- Zhang Y, Xu L, Li D, Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul., 17, 235 (2011)
- Li G, Yang XG, Ye HQ, Powder Technol., 280, 53 (2015)
- Gao X, Kong B, Ramezani M, Olsen MG, Vigil RD, Int. J. Heat Mass Transf., 91, 433 (2015)
- Gao X, Kong B, Vigil RD, Chem. Eng. J., 270, 508 (2015)
- Lee SH, Sim GH, Jeon DH, ans. Korean Soc. Mech. Eng. B, 40, 9 (2016)
- Wereley ST, Lueptow RM, J. Fluid Mech., 364, 59 (1998)
- Zhang Y, Xu L, Li D, Commun. Nonlinear Sci. Numer. Simul., 17, 235 (2011)