화학공학소재연구정보센터
Korean Journal of Rheology, Vol.8, No.3-4, 187-198, December, 1996
압출공정에서의 균일한 혼합체 제조를 위한 카오스 혼합 연구(새로운 수치 사상법 개발)
Study of Chaotic Mixing for Manufacturing Uniform Mixtures in Extrusion Processes (Development of New Numerical Mapping Methods)
초록
최근에 본 연구자에 의해서 단축 스크류 공정에서 카오스 스크류라고 명명되어진 카오스 혼합장치가 성공적으로 개발되었다. 기학학적 조건이나 공정조건에 대한 설계변수로 카오스 스크류를 설계하기 위하여 체류시간, 포인카레 단면 그리고 혼합패턴 등에 대한 계산과 해석이 이루어져야 하는데 이를 단지 Runge-Kutta방법에 의해 속도장을 적분한다면 상당한 계산시간이 소비된다. 이러한 수치문제를 극복하기 위하여 본 논문에서는 새로운 사상법을 제안한다. 이 방법을 사용하면 벽면 근처의 특이점 영역에서도 수치문제가 해결된다. 본 논문에서 제안하는 수치사상법은 Runge-Kutta방법에 비하여 수치계산의 효율성과 정확도 면에서, 특히 유한요소법으로 얻은 속도장에 대하여 우수함이 밝혀졌다. 이러한 사상법은 공간주기 유동장뿐만 아니라 시간주기 유동장에서도 적용할 수 있다.
Recently, we have successfully developed the chaotic mixing device termed "Chaos Screw" in single-screw extrusion processes. In order to design "Chaos Screw" with several design variables such as geometry condictions, operating conditions, etc., one has to evaluate and analyze the details of residence times, Poincare sections and mixing patterns, etc., which require a tremendous computation time if one simply integrates the velocity fields using the Runge-Kutta method. The present paper introduces a new mapping method to overcome such a numerical trouble. With this new mapping method, the numerical trouble can also be overcome near singular points on the wall surfaces. For computational efficiency and accuracy, the proposed method was found to be powerful compared with the Runge-Kutta method especially far the velocity field obtained by FEM (Finite Element Method). This mapping method can also be applied to the time periodic flow as well as the spatially-periodic flow.
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