To investigate the mass transfer enhanced by the turbulence promotor, local mass transfer rates around a turbulence promoter, in a channel having the geometry of zigzag type and cavity type, characterized by the location of promoter, were measured applying limiting current technique. To measure the local mass transfer rates, currents on the sandwich type nickel cathode, where reduction of ferricyanide takes place, were measured in a solution of equal molar amounts 1 M, of ferricyanide and ferrocyanide and 1 M sodium hydroxide as a supporting electrolyte, which eliminates the migration effect.
From experiment, zigzag type promoter was proved to be more effective than cavity typepromoter in breaking the concentration boundary-layer and thus increasing the mass transfer rate. It seemed to be due to the fact that concentration boundary-layer can grow along the wall without promoters for cavity type promoter. Since the eddy sizes of recirculating flow before and behind the turbulence promoter were varied as Reynolds number and have the influence upon the Sherwood number distribution, the relationship between eddy size and Sherwood number distribution, was analyzed.
In the comparison of experimental Sherwood number with numerical results, the latter was partially dependent upon the correlation order of concentration profile near the wall, the effect of which was analyzed to show that the first or third order agrees better than second order with experimental results, since second order correlated concentration profile does not satisfy the no slip boundary condition at the wall. Deviation between numerical and experimental results increase as Reynolds number, due to the fact that the accuracy of numerical scheme is reduced as Peclet number increases.
Mean Sherwood number in the first stage for the zigzag type promoter was correlated as a function of Reynolds number and aspect ratio (the ratio of distance between successive promoters to channel height) to give the result of
At the lower wall $Sh_m=31.6Re^{0.42} A.R.^{-0.78}$
At the upper wall $Sh_m=24.6Re^{0.33} A.R.^{-0.53}$
Finally, the effect of inert region on observed mass transfer rate was investigated numerically with the ratio of the length of the active region to the length of the inert region as a parameter. As a result, for deviations of electrochemical data to be below 5%, the ratio should be more than 5.
난류 촉진기 (turbulence promoter) 에 의해 증대되는 물질 전달을 연구하기 위하여, promoter 의 위치에 의해 특성 지어지는 zigzag type 과 cavity type 의 기하학적 구조를 갖는 유로에서, promoter 주변의 물질 전달 계수를, 전기화학적 방법의 일종인 한계 전류법을 적용하여 측정하였다. 국부 물질 전달 계수를 측정하기 위하여, sandwich type 의 nickel 음극에서 0.01 M ferricyanide-ferrocyanide 용액의 환원 반응에 의한 전류를 측정하였다. 또한, supporting electrolyte 로 1 M sodium hydroxide를 사용하여 전위차 구배의 영향을 감소 시켰다.
실험에 의하여, 농도 경계층의 성장을 방해하여, 물질 전달을 증대시키는데 있어, zigzag type 이 cavity type 보다 우수함이 입증 되었으며, 이는 cavity type 에서 promoter 가 없는 쪽 벽면에서 농도 경계층의 성장에 기인하는 것으로 생각되었다. 그리고, Reynolds 수에 따라 promoter 의 앞뒤에 생기는 eddy 의 크기가 변하는데, 이러한 eddy 의 크기와 무차원 물질 전달 속도인 Sherwood 수의 분포를 관련지어 해석하였다. 또한, 실험결과를 수치해석에 의한 결과와 비교 하였는데, 벽면 근처에서 농도 profile 의 correlation order 가
Sherwood 수에 많은 영향을 미쳤으며, 1차 혹은 3차가 2차에 비하여 실험결과 와 잘 부합됨이 보여졌다. 수치 해석 결과와의 편차는 Reynolds 수가 증가함에 따라 커졌으며, 이는 수치 해석 방법이 peclet 수의 증가에 의해 정확도가 낮아지기 때문인 것으로 생각되었다. 한편, zigzag type 에서 제일 처음 단계의 평균 Sherwood 수를 Reynolds 수와 모양비(promoter 중심간의 거리의 유로의 높이에 대한 비)의 지수 함수 형태로 correlation 하여 다음 결과를 얻었다.
$promoter의 뒤쪽 Shm=31.6 Re^{0.42} A.R^{-0.78}$
$promoter의 앞쪽 Shm=24.6 Re^{0.33} A.R^{-0.53}$
이어서, 국부 물질 전달 계수를 한계 전류법에 의해 측정할 때 필연적으로 따르게 되는 비활성 부분의 영향을 활성 부분과 비활성 부분의 거리의 비를 매개 변수로 하여 수식을 풀어, 조사하였다. 그 결과, 비활성 부분의 거리가 활성 부분의 거리의 $\frac{1}{5}$ 이일 경우에, 오차 범위내에서 정확할 수 있음을 밝혔다.
