비휘발성 물질을 포함한 액적의 증발현상에 관한 연구

Abstract

비휘발성물질을 포함한 이원요소 단일 액적의 증발현상을 연구하였다. 액적은 핀의 끝부분에 매달려 증방과정중 온도와 속도가 일정하게 유지되는 유동장에 노출되게 하였다. 액적을 매단 핀의 영향을 조사하기위하여 해석적 관계식을 세웠다.계산결과는 고정 경계조건하에서 수행하였으며 고정 경계조건이란 공간의 액적은 핀이 없이 고정된 가상적 조건을 말한다. 실험결과를 계산결과와 비교하였다. 증류수 액적의 증발실험과 계산결과 증발초기에는 약 96.5퍼센트정확도로 일치하였다. 증발초기의 액적에는 핀에의한 열전달 효과를는 작다는것을 의미한다. 증발후기에는 실험결과와 계산결과는 약 12.2-18.6퍼센트의 차이가 발생하였다. 본 연구에서 비휘발성 요소로서 소듐크로라이드(NaCl)를 사용하였다. 실험값과 계산값의 차이는 16.2-34.7퍼센트로 증가하였다. 실험값과 계산값을 서로 일치시키기 위하여 액체상태의 셔라우드 수를 보정하였는데 이 무차원수는 질량전달계수와 액적내부의 질량확산계수와의 비를 표시하는 무차원 수이다. 보정된 셔라우드 수는 주위기체의 온도 속도 그리고 비휘발성요소의 질량분율의 함수로 표시하였다. 액체상태의 셔라우드수를 보정한 결과 비휘발성 요소를 포함하는 액적의 증발현상을 낮은 주위기체온도와 속도조건에서 97.5퍼센트 일치시킬수 있었다. 셔라우드 수의 보정으로 액적의 표면농도와 내부의 평균농도는 크게 변화하였다. 표면에서의 농도는 증가한반면 액적내부의 평균농도는 감소하였다.이것으로 비 휘발성물질은 액적내부의 휘발성요소의 표면으로의 이동을 억제하는 요소로 작용함을 알수있다. 액체상태의 셔라우드수를 보정함에도 불구하고 주위기체의 온도, 속도 그리고 비휘발성요소의 초기농도가 높은경우에는 실험값과 계산값의 차이는 6퍼센트 이상으로 증가하였다.낮은 주위온도조건에서는 결정순간을 잘 예측하였지만 주위기체의 온도, 속도가 높아질수록 예측의 정확도는 감소하였다. 생성한 입자의 구조는 실온에서는 고체이지만 주위기체의 온도가 증가할수록 다공성이 증가하였다.본연구에서는 소듐크로라이드용액으로 액적증발실험을 하였지만 다른 유사한 비휘발성 이원요소의 액적증발현상과 분무건조현상에도 본 연구에서 사용한 기법을 적용할수 있다.