PIV를 이용한 충진기 노즐의 유동 가시화 및 속도장 계측

Abstract

화장품업계에서 사용하고 있는 충진 설비(Filling Machine)는 식품업계와 비슷하지만 내용물의 점도 및 특성에 따라 여러 가지 유형으로 분류된다. 일반적으로 내용물 점도가 낮은 향수나 스킨류에는 진공충진기를, 그보다 높은 점도인 로션에는 가압 또는 진공충진기를, 에센스 크림과 같이 고점도의 내용물에는 가압 충진기를 사용한다. 진공 충진기는 용기 내부에 진공을 걸어주어 스킨이 용기에 담기도록 하는데, 충진 속도가 빠르면 빠를수록 생산성이 향상되기 때문에 충진 속도를 빠르게 하기위한 노력이 지속되어 왔다. 스킨류(알콜이 40%이상 함유) 충진시 사용되는 노즐도 경우에 따라 여러 가지 형태가 사용되고 있는데 그것에 대한 이유와 원리는 알려진 것이 없고, 경험에 의한 Know-How로 제작되고 있다. 기본적으로 노즐의 구경이 클수록 좋지만 병 입구 규격으로 인하여 제한이 되어 있고, 노즐 형상에 따라 내용물이 분출될 때 기포가 발생하기도 한다. 최근 들어 유동가시화를 통해 유동장을 해석할 수 있는 PIV(Patical Image Velocimetry) 장치가 많이 사용되고 있다. 이 실험에서는 PIV 장치를 이용하여 노즐 형상에 따른 유동장 변화를 가시화하여 추후 노즐 제작 시 도움이 되고자 한다.