상사이론 기반 설계된 가스 스크러버 반응챔버 내 열유동특성에 관한 연구 (A Study on Thermal-flow Characteristics in a Reaction Chamber of Gas Scrubber Designed Based on Similitude Theory)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 41권 / 11호 / 619 ~ 626페이지
· 저자명 : 윤종혁, 김동수, 김현경, 송형운

초록

목적:반응챔버와 세정부로 구성되는 가스 스크러버는 반도체 제조공정으로부터 배출되는 폐가스를 정제하기 위해 사용되고 있다. 이때, 전반적인 운전안정성 및 높은 제거효율을 얻기 위해 스크러버에서 반응챔버의 효율적인 설계가 필수적이다. 이에 본 연구에서는, 상용 반응챔버에 대한 축소모델을 설계 및 제작하여, 상용 반응챔버의 개선설계안 도출방법을 제시하기 위한 기초자료를 확보하고자 하였다.
방법:본 연구에서는 상용 반응챔버에 대한 기하학적 상사 및 운동학적 상사를 만족하는 반응챔버 축소모델을 설계･제작하고 상용 CFD 코드를 이용한 수치해석 연구를 수행하여 반응챔버 내부 열유동 특성을 분석하고자 한다.
결과 및 토의:기하학적 상사를 만족하기 위한 2가지 무차원수, 운동학적 상사를 만족하기 위한 3가지 무차원수를 기반으로 상사성이 확립된 반응챔버 축소모델을 설계 및 제작하였다. 수치해석과 실험을 통해 반응챔버 내부 온도구배, 열효율과 같은 열유동특성이 분석되었고 해석결과를 검증하기 위해 특정 관측점에서의 온도를 실험과 비교 분석한 결과, 약 2.5~9.8% 평균 오차와 전반적인 온도분포의 유사성이 확인되었다.
결론:본 연구에서는 상사이론을 기반으로 설계 및 제작된 반응챔버 축소모델을 분석하였고, 이를 통해 개선설계안 도출을 위한 설계기초자료를 확보하였다. 이와 같이 본 연구에서 수행한 스크러버 반응챔버에 대한 연구결과는 다양한 종류의 스크러버를 설계하기 위한 자료로 활용될 것으로 기대한다.

영어초록

Objectives:A gas scrubber which is normally composed of a reaction chamber and a scrubbing part is being used to purify the waste gases from the processes. An efficient design of the reaction chamber is essential in a scrubber system due to the overall operation stability and high destruction & removal efficiency (DRE). The purpose of the study was to obtain the basic design data of deriving the improved design by analyzing a small-scale model of the commercial reaction chamber.
Methods:In the present study, the small-scale model of the simplified the reaction chamber was designed and fabricated based on similitude theory, and the thermal-flow characteristics were numerically analyzed inside the chamber using commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) code.
Results and Discussion:Based on two dimensionless numbers for the geometric similarity and three dimensionless numbers for the kinematic similarity, the small-scale model of the reaction chamber was designed and fabricated. From the numerical and experimental results, thermal-flow characteristics such as temperature gradient and thermal efficiency were evaluated. To validate the numerical method applied herein, the numerical results of the temperature at specific monitoring points were compared with the experimental data. The average error rates (2.5~9.8%) between them was shown and the numerical results of temperature distribution are in good agreement with the experimental data.
Conclusions:In this study, the small-scale model, which was designed and manufactured based on similarity theory was analyzed. From these results, the basic design data for drawing the improved design ideas were acquired The results of this study can be used as basic data for analyzing thermal and flow characteristics in a variety of scrubber systems.

참고자료

· 없음