공압시스템 제습효율 향상을 위한 중공사막 모듈의 설계 및 유동-구조 연성해석을 이용한 수치적 연구 :

정은아

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자료유형: 학위논문

저자정보: 정은아 (충남대학교, 忠南大學校)

지도교수: 李起潤

발행연도: 2020

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이 논문의 연구 히스토리 (10)

2020

공압시스템 제습효율 향상을 위한 중공사막 모듈의 설계 및 유동-구조 연성해석을 이용한 수치적 연구

정은아 바이오응용화학과 2020.01 학위논문

2019

유동-구조 연성해석을 이용한 공압용 파워 유닛에 사용되는 중공사막 모듈에 대한 제습특성 연구

정은아 , 하룬 칸 , 이기윤 외 1명 드라이브·컨트롤 2019.12 학술저널

유동해석을 이용한 공압시스템 제습용 제습장치의 형상 개선에 관한 연구

정은아 , 이기윤 , 이양래 외 2명 유공압건설기계학회 학술대회논문집 2019.06 학술대회자료

공압시스템 제습용 중공사막 모듈의 제습성능 검증을 위한 유동해석 연구

정은아 , 이기윤 , 이양래 외 2명 유공압건설기계학회 학술대회논문집 2019.06 학술대회자료

공압시스템 제습용 중공사막 모듈의 하우징 형태에 따른 제습효율 특성 연구

정은아 , 이기윤 , 윤소남 드라이브·컨트롤 2019.06 학술저널

전산유체역학을 이용한 공압시스템용 제습장치의 형상 개선에 관한 연구

정은아 , 윤소남 , 이기윤 드라이브·컨트롤 2019.06 학술저널

공압시스템 제습용 중공사막 모듈의 성능검증을 위한 유동해석 연구

정은아 , 이기윤 , 윤소남 동력시스템공학회지 2019.04 학술저널

2016

압축공기 제습용 중공사막 모듈의 다상유동 해석 및 검증

정은아 , 윤소남 , 박중호 외 1명 유공압건설기계학회 학술대회논문집 2016.06 학술대회자료

2015

제습용 중공사막 모듈의 투과성 및 응축특성 연구

정은아 , 김지우 , 함영복 외 1명 유공압건설기계학회 학술대회논문집 2015.10 학술대회자료

2014

중공사막을 이용한 하이브리드 제습시스템

정은아 , 윤소남 , 이은주 외 1명 유공압건설기계학회 학술대회논문집 2014.04 학술대회자료

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공압시스템의 압축공기에 포함되어 있는 수분을 제거하기 위해 제습장치가 사용되고 있으며, 대표적인 제습장치로 중공사막 모듈을 적용하고 있다. 중공사막 모듈은 유체가 흐르는 입구와 출구의 위치에 따라 제습효율이 달라질 수 있으며, 중공사막의 형태와 배플의 유무에 따라서도 달라질 수 있다. 본 연구에서는 실험과 수치해석을 이용하여 중공사막 모듈의 제습효율을 평가하고 새로운 모델을 제시하기 위해 아래와 같은 연구를 수행하였다.
중공사막 모듈에 대한 제습특성을 확인하기 위해 제습실험을 수행하였다. 중공사막 모듈은 Daicen Membrane-System Ltd에서 FB02-FC-FUS0353을 구매하여 사용하였다. 실험과정에서 도출된 결과를 시간에 따라 그래프로 제시하였다.
중공사막 모듈에 대하여 동일한 형태의 모델을 Solidworks를 이용하여 모델링하였다. 중공사막 모듈의 실험결과 값과 비교하여 유사한 형태의 결과를 제시하였으며, 결과에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 격자 의존도를 그래프로 제시하였다.
중공사막 모듈의 두께와 충진률을 변화시켜 모델링하였으며, 실험에 사용된 모델의 조건과 동일하게 유동해석을 수행하여 각 모델별 제습효율 결과를 제시하였다.
중공사막 모듈에서 가장 중심부에 있는 중공사막을 선택하여 단방향 유동-구조 연성해석을 수행하여 각 압력별로 변형율 결과를 제시하였다.
중공사막 모듈의 제습효율을 향상시키기 위해 배플(Baffle)을 모델링하여 기존의 중공사막 모듈에 추가하여 어셈블리하였다.
중공사막 모듈에 유입되는 습공기의 압력에 따른 배플의 변형과 변형된 배플이 중공사막 모듈내에서의 유동에 미치는 영향을 확인하고 제습특성을 평가하였다.
본 연구는 중공사막 모듈의 제습특성을 확인하기 위한 것으로 실험모델에 대하여 검증과정을 거친 후 다양한 모델에 대해 유동해석을 수행하여 제습효율을 평가하였다. 제습효율을 향상시키기 위해 모델에 배플을 추가하여 제습효율의 향상가능성을 제시하였다.

In this study, a dehumidification device for pneumatic system was studied to extract moisture from the compressed air.
Dehumidification methods include mechanical dehumidification and chemical dehumidification. The membrane dehumidification device can compensate for the disadvantages of the two dehumidification methods.
Dehumidification experiments and numerical analyses were performed to evaluate the dehumidification efficiency of the hollow fiber membrane module and to propose a new model with improved performance.
A hollow fiber membrane module was purchased to perform the experiment. The hollow fiber membrane module included a hydrophilic membrane (Polyethersulfone, PES). Dehumidification experiments were carried out with varying temperature (20 ℃~ 50 ℃), humidity (20 %RH ~ 60 %RH) and pressure (0.1 bar ~ 1 bar). The results of experiments were shown that are concerned with the permeation of moisture and dehumidification efficiency.
In order to verify the dehumidification efficiency along with characteristic of internal flow in hollow fiber membrane module, flow analysis was conducted under same experimental conditions. The flow analysis results were verified by comparing them with the experimental results. About 5 % error was noticed at the same end point in the dehumidification efficiency. The grid independence was monitored to ensure the accuracy of the flow analysis results, and the dehumidification efficiency was almost consistent with different number of elements.
The flow analysis was performed for various models by changing the thickness and packing fraction of hollow fiber membranes. Flow analysis results of all models were obtained that indicated the velocity and pressure distribution for different values of the packing fraction. Dehumidification efficiency of hollow fiber membrane module increases with increasing packing fraction and pressure of compressed air. In addition, the dehumidification performance decreased due to the increase in the amount of saturated steam with increasing temperature of compressed air.
Spiral baffles were added to improve the dehumidification performance of the existing hollow fiber membrane modules. The one way fluid-solid interaction analysis and two way fluid-solid interaction analysis were performed on the model with the added baffle. Through the fluid-solid interaction analysis, the effect of the baffle on the flow inside the hollow fiber membrane module could be investigated, and the dehumidification efficiency was evaluated. It was found out that the dehumidification efficiency improved by about 5% due to the increase in the dispersion effect of the fluid in the hollow fiber membrane module with the addition of baffle.
Therefore, the dehumidification characteristics of various models were analyzed, and this study is expected to contribute greatly to the development of the dehumidifier.

Ⅰ. 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 내용 4
Ⅱ. 이 론 6
2.1 분리막 투과성 6
2.2 다르시 법칙 11
2.3 계면에서의 흡착 18
2.4 지배방정식 21
Ⅲ. 실 험 23
3.1 중공사막 모듈 23
3.2 측정 장비 27
3.3 제습특성 실험방법 31
3.3.1 실험장치 및 조건설정 31
3.3.2 제습실험 방법 34
Ⅳ. 수치해석 37
4.1 수치적 해석의 중요성 39
4.2 중공사막 모듈의 모델링 40
4.3 유동해석 42
4.3.1 모델 전처리 42
4.3.2 격자 42
4.3.3 경계조건 45
4.3.4 해석 52
4.4 중공사막 모듈의 단방향 유동-구조 연성해석 53
4.5 개선된 모듈의 양방향 유동-구조 연성해석 56
4.4.1 모델 56
4.4.2 격자 및 경계조건 58
Ⅴ. 결과 및 고찰 61
5.1 중공사막 모듈의 제습실험 61
5.2 중공사막 모듈의 유동해석 75
5.3 중공사막 모듈의 단방향 유동-구조 연성해석 104
5.4 성능 개선된 모델에 대한 양방향 유동-구조 연성해석 107
Ⅵ. 결론 118
References 121
Abstract 125
Appendix 130

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