조립입자 침강속도에 대한 실험적 관찰 및 비교분석

Abstract

본 논문에서는 물속에서의 조립입자 침강속도에 대한 특성을 파악하기 위해 다양한 재료 및 입자크기에 대한 실험적 관찰을 수행하고 그 결과들을 재료별로 비교함과 더불어 기존에 발표된 입자침강속도 예측을 위한 경험식들과 상호비교하였다. 본 연구에서는 폴리아세탈, 유리 및 스틸의 세 가지 서로 다른 재료 및 크기로 구성된 구모양의 입자를 이용하였으며, 입자의 직경은 1mm에서 20mm까지 다양한 직경을 고려하였다. 실험결과, 조립입자의 침강속도는 아주 작은 크기(약 <TEX>$50{\mu}m$</TEX> 이하)의 입자에만 적용된다고 알려진 Stokes 식과는 상당한 차이를 나타냈으며, 또한 입자의 크기에 관계없이 침강속도를 예측하는 다른 연구자들의 경험식들과도 입자의 크기 및 재료의 종류(밀도)에 따라 서로 상이한 결과를 나타냈다. 실험에서 관찰된 조립입자의 침강속도는 재료의 종류에 관계없이 입자의 크기가 상대적으로 작을 때는(약 3mm 이하) 기존의 입자 침강속도에 대한 경험식들과 유사하였으나 그 이상에서는 입자의 크기가 증가할수록 기존 경험식들과의 차이도 더 크게 발생하였다. 본 연구를 통해서 조립입자의 침강속도는 입자의 크기 및 재료밀도에 따라 상당한 차이가 발생할 수 있다는 것을 알았으며 기존 경험식들은 실제로 발생하는 조립입자의 침강속도를 잘 예측하지 못해 향후 조립입자의 침강속도를 예측하기 위해 기존 경험식들을 있는 그대로 적용하지는 말아야 하고 실험 등을 통해 검증 및 확인하는 과정이 반드시 필요하다는 것을 파악하였다. 본 연구결과는 향후 물속에서의 조립입자의 침강속도를 이해하는 데 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. This study conducted experimental observations of the settling velocity of a coarse particle in water varying material type and particle size and compared the results with preexisting empirical equations. Three types of materials, which are polyacetal, glass and steel, were used in this study and the diameter of particle ranged from 1 mm to 20 mm. Experiment results showed that the settling velocity of coarse particle had a significant difference from Stokes equation which is known applicable for a fine particle smaller than <TEX>$50{\mu}m$</TEX>. In addition, the observed particle velocity showed a significant difference when compared with other empirical equations, which was proposed for estimating the settling velocity of a particle regardless of particle size, depending on the material type and particle size. The results from experimental observations indicated that the settling velocity of a coarse particle was relatively in smaller difference to other empirical equations for the particle size smaller than 3 mm, but as the size increased the difference in the settling velocity also increased. This study clearly showed that the settling velocity of a coarse particle velocity can be significantly different depending on particle size and density and the empirical equations may not reliably estimate the settling velocity of a coarse particle so that they should not be used as it is and a verification of them is necessarily before any use. The study results would provide a useful information for a better understanding of settling velocity of a particle in water.