다중 주파수를 이용한 캐비테이션 기포의 분포량 추정

김대욱; 나형술; 최지웅; 나정열; 강돈혁

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김대욱 (한양대학교 해양환경과학과 해양음향연구실) 나형술 (한양대학교 해양환경과학과 해양음향연구실) 최지웅 (한양대학교 해양환경과학과 해양음향연구실) 나정열 (한양대학교 해양환경과학과 해양음향연구실) 강돈혁 (한국해양연구원)

저널정보: 한국음향학회 한국음향학회지 한국음향학회지 제28권 제3호

발행연도: 2009.1

수록면: 198 - 207 (10page)

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캐비테이션 기포 (cavitation bubble)가 존재하는 유체 내에서 다중 주파수 (multi-frequency)를 송수신할 때 음파의 감쇠(attenuation)와 음속 (sound speed) 변화가 발생되었고, 이 특징을 이용하여 기포의 크기와 분포량을 추정하였다. 음향실험은 $20{\sim}300\;kHz$ 대역의 다중 주파수를 이용하여 실시하였고, 기포가 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우의 주파수별 음속 비와 음파의 감쇠 값을 측정하였다. 캐비테이션 기포는 모터 끝에 장착된 둥근 막대형 블레이드 (blade)를 물 속에서 고속회전시켜 발생되었다. 캐비테이션 기포의 크기 및 분포량은 모터의 회전 속도, 블레이드 끝단 (tip)의 겉넓이를 변화시키며 관측하였고, 기포 생성 후 시간별 기포량 감소율을 측정하였다. 실험 결과 발생된 기포의 크기는 반경 $10{\sim}60{\mu}m$였고, $10{\sim}20{\mu}m$와 $20{\sim}30{\mu}m$ 반경의 기포가 전체의 약 45%와 25%를 차지하였다. 세부실험 결과로 모터의 회전 속도가 증가할수록 더 많은 양의 기포가 발생되지만 블레이드 끝단 면적의 증가와 기포 발생량의 변화는 상관성이 없음을 확인하였다. 또한 기포량의 감소율은 지속시간별로 일정하였고, 2분 이내에 전체량의 80%가 소멸됨을 관측하였다. 음향실험의 결과를 검증하기 위해 동일한 조건에서 광학카메라로 촬영한 기포 분포량과 비교하였다.

#캐비테이션 #기포 분포 #기포 크기 #공진주파수 #분산

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