게시판 > 질답게시판 > Vapor-Liquid Separator 에서 비말동반의 양을 짐작 가능한 식을 알려주시면 감사하겠습니다.

스테파노 Stefano

16-01-04 12:04

(1) Vapor-Liquid Separator는 시스템 내에 존재하는 액적이 용기내의 수직단면을 통하여 흐르는 증기에 의해 상승흐름이 나타나지 않도록 하기 위하여 액적의 Settling Velocity를 초과하지 않도록 단면적을 넓혀주는 원리로 설계됩니다.

(2) 질문의 시스템에서 액의 Drain Line이 막혀있을 경우라면 기-액 혼합물이 상부의 Nozzle등을 통하여 모두 배출 되어야 할 상황이기 때문에 기-액 분리기의 성능은 전혀 나타나지 않는 상태로 보입니다. 이 상황에서는 Entrainment를 예측하는 것은 무의미 한 일입니다.

Dynamic Simulator가 Fluid Dynamic Simulator라면 기-액의 거동을 예측하더라도 기-액은 모두 상부 노즐로 배출될 터이므로 쓸모없는 결과를 나타낼 뿐이겠지요.

(3) 자세한 상황은 액적과 증기의 유량 액적 크기의 분포 등을 점검해 보아야 판단 가능할 것입니다. 최상부 노즐로 배출되고 있는 것은 주로 미세입경의 액적으로 추정됩니다. 여기서 배출되는 액적유량과 유입되는 액적유량이 Balance를 이루고 있는 셈입니다. 입경이 큰 액적들은 중간노즐 이상으로 오라가지 못하고 작은 액적만 최상부 노즐로 올라와 배출되는 것이 아닌가 추정합니다.

일반적으로 액적의 크기와 분포는 정확히 알 수 없지만 기-액 분리기를 위한 액적의 크기는 0.3 mm 정도(??)로 정해져 있고 이 크기 이상의 액적을 95%(??)제거하기 위한 목적으로 설계된다고 기억하고 있습니다. 이기준을 Souders-Brown Equation에 적용해서 현재까지 사용해오고 있는 것으로 인지하고 있습니다.

(누가 Souders-Brown Equation 원문을 찾아봤다면 이에 대한 보충답글 올려주세요.)

낭만고양이 kornight

16-01-04 13:25

아. 제가 설명이 부족했나봅니다.

Liquid Entrain을 계산하고자 하는 부분은 정확히 말하면 Separator가 아니라
Separator 상부의 Vapor Line(이하 OVHD Line)의 각 User들로 가는 Nozzle로의 Liquid Entrain 입니다.
(참고로, OVHD Line은 최초 42" 에서 36", 28", 18" 로 점차 줄어들도록 돼있고, 각 Size에 대해서 두 개씩의
총 8개의 같은 Size, 같은 Flowrate의 연결 배관이 붙어있는 Header Line 입니다.)

Separator 자체는 말씀하신 대로 Overflow에 의해 Liquid가 넘어가는 것이므로
Entrain을 계산할 내용이 없습니다.

하지만, OVHD Line은 Two phase flow가 형성되고,
Line Size와 Flowrate이 허용하는 한도 내에서 마치 Horizontal Separator 처럼 동작하게 되므로
이때 OVHD Line에 연결된 각 Nozzle 로의 Liquid Entrain 양을 거리와 유속, 유량 및 OVHD Line Size등에 따른
상관관계를 계산하고자 하기 위함입니다.

실제 일어났던 현상에서는,
Separator에서 먼 연결배관에서(그리고 OVHD Line의 관경이 작아지는) 먼저 Liquid Entrain이 일어났고,
Separator에서 가까운 연결배관에서는 Liquid Entrain 없이 Vapor만 OVHD Line 상부로 빠져나갔습니다.

OVHD Line의 후단부에 연결돼있는 배관에서만 Liquid Entrain이 일어났기 때문에
어떤 원리로(Vapor 유속? Vapor zone의 단면적?) Liquid Entrain이 OVHD Line의 끝 부분에서 '먼저'
일어났는가... 하는 것을 밝히기 위함 입니다.
(정성적으로는, 후단으로 갈수록 Vapor flow를 위한 area가 작아지므로 velocity 가 증가하여 entrain이 증가한다...
라고 추정하고 있지만, 이를 확인할 수 있는 관련 식을 알지 못하여 추정에만 머물고 있는 중입니다.)

Souders-Brown Equation 에서는 Liquid Entrain이 일어나지 않게 하기위한 Maximum allowable vapor velocity만을
제공하므로(액적의 크기에 대한 가정과 함께) Separator 설계를 위해서는 유용하며,
이 Case에서는 OVHD Line(Horizontal Separator 처럼 동작하는)의 모든 Line Size에 대해 계산한 결과로는
이 식에서의 Allowable velocity를 초과하므로 Liquid Entrain이 일어날 것이다... 까지만 확인 가능한 부분이었습니다.

물론, 각 OVHD Line의 Size에 따라서 Allowable velocity 는 변하긴 하지만, 이것을 많이 초과하면 많이 Entrain 되는가?
에 대한 물음에는 답해주지 못하는 식이니까요...

아. 제가 설명이 부족했나봅니다.

Liquid Entrain을 계산하고자 하는 부분은 정확히 말하면 Separator가 아니라
Separator 상부의 Vapor Line(이하 OVHD Line)의 각 User들로 가는 Nozzle로의 Liquid Entrain 입니다.
(참고로, OVHD Line은 최초 42" 에서 36", 28", 18" 로 점차 줄어들도록 돼있고, 각 Size에 대해서 두 개씩의
총 8개의 같은 Size, 같은 Flowrate의 연결 배관이 붙어있는 Header Line 입니다.)

Separator 자체는 말씀하신 대로 Overflow에 의해 Liquid가 넘어가는 것이므로
Entrain을 계산할 내용이 없습니다.

하지만, OVHD Line은 Two phase flow가 형성되고,
Line Size와 Flowrate이 허용하는 한도 내에서 마치 Horizontal Separator 처럼 동작하게 되므로
이때 OVHD Line에 연결된 각 Nozzle 로의 Liquid Entrain 양을 거리와 유속, 유량 및 OVHD Line Size등에 따른
상관관계를 계산하고자 하기 위함입니다.

실제 일어났던 현상에서는,
Separator에서 먼 연결배관에서(그리고 OVHD Line의 관경이 작아지는) 먼저 Liquid Entrain이 일어났고,
Separator에서 가까운 연결배관에서는 Liquid Entrain 없이 Vapor만 OVHD Line 상부로 빠져나갔습니다.

OVHD Line의 후단부에 연결돼있는 배관에서만 Liquid Entrain이 일어났기 때문에
어떤 원리로(Vapor 유속? Vapor zone의 단면적?) Liquid Entrain이 OVHD Line의 끝 부분에서 '먼저'
일어났는가... 하는 것을 밝히기 위함 입니다.
(정성적으로는, 후단으로 갈수록 Vapor flow를 위한 area가 작아지므로 velocity 가 증가하여 entrain이 증가한다...
라고 추정하고 있지만, 이를 확인할 수 있는 관련 식을 알지 못하여 추정에만 머물고 있는 중입니다.)

Souders-Brown Equation 에서는 Liquid Entrain이 일어나지 않게 하기위한 Maximum allowable vapor velocity만을
제공하므로(액적의 크기에 대한 가정과 함께) Separator 설계를 위해서는 유용하며,
이 Case에서는 OVHD Line(Horizontal Separator 처럼 동작하는)의 모든 Line Size에 대해 계산한 결과로는
이 식에서의 Allowable velocity를 초과하므로 Liquid Entrain이 일어날 것이다... 까지만 확인 가능한 부분이었습니다.

물론, 각 OVHD Line의 Size에 따라서 Allowable velocity 는 변하긴 하지만, 이것을 많이 초과하면 많이 Entrain 되는가?
에 대한 물음에는 답해주지 못하는 식이니까요...

스테파노 Stefano

16-01-04 14:22

질문의 주제가 기-액 분리가 아니라 Horizontal Flow에서 Flow Pattern에 관한 사항입니다.

다음 자료를 참고하면 답이 있을 것입니다.
http://ltcm.epfl.ch/files/content/sites/ltcm/files/shared/import/migration/COURSES/TwoPhaseFlowsAndHeatTransfer/lectures/Chapter_12.pdf

낭만고양이 kornight

16-01-05 11:48

좋은 자료 감사합니다.
Flow Pattern 이라는 내용은 전혀 모르고 있던 내용인데 덕분에 새로운 지식을 배웠습니다.
Water Entrainment 와 함께 알려주신 관점에서도 계산을 해보았더니 Wave-flow 형태로 나타났습니다.

덕분에 큰 도움이 되었습니다.

감사합니다.