특별한 동력없이 양쪽 끝단이 온도차를 보이는 VoTEX TUBE는 과학적으로 어떤원리로 설명이되나?

Question

특별히 움직이거나 이동하는 부품이 없는

그냥 정적인 구조의 튜브인

VoTEX TUBE는

한족 출구와 반대쪽 출구가 극명하게 온도차를 보이는 희한한 장치인데요.

일단 압축공기를 불어넣은 부분과

들어간 공기가 회전하는 챔버, 그 기류가 분리되는 분리튜브

각 흐름이 배출되도록 조절하는 노즐 및 밸브 등으로 구성됩니다

VoTEX TUBE의 발견은

1933년 프랑스 조르주 랑크 라는 엔지니어가 첨 원리를 발견한 것으로 아는데요

그래서 랑크 보테스 튜브라고도 불린다는데

이 희한한 결과를 보여주는 튜브는

실제 어떤 과학적 원리를 통해서 메커니즘이 설명되나요?

Answer 1

안녕하세요. 서종현 전문가입니다.

보텍스 튜브는 특별한 동력 없이 압축 공기의 고속 와류(vortex)내에서 발생하는 에너지 분리 현상을 통해 온도차를 만들어냅니다.

1. 고속 회전 : 압축 공기가 튜브 내부로 접선 방향으로 주입되면 강력하고 빠른속도의 와류가 형성됩니다.

2. 에너지 재분배 : 이 고속 회전 흐름 속에서 공기의 운동 에너지가 재분배 됩니다. 중심부의 공기는 바깥층으로 에너지를 전달하며 팽창하여 온도가 급격회 낮아져 차가워집니다. 반면, 바깥층의 공기는 마찰과 압축 효과로 인해 에너지를 얻어 뜨거워집니다.

이처럼 회전하는 유체 내부에서 열 에너지가 와류의 바깥쪽으로 분리되고, 운동 에너지를 잃은 내부 공기가 차가워지는 현상입니다. 1933년 프랑스 엔지니어 조르주 랑크가 발견하여 랑크-힐쉬 보텍스 튜브로도 불립니다.

Answer 2

안녕하세요. 김민규 전문가입니다.

볼텍스, 즉 와류는 온도차에 의한 유체역학 관점에서 나오는 것 입니다. 이로 인해 압축된 공기가 회전하면서 동력이 생기죠.

Answer 3

안녕하세요. 조일현 전문가입니다.

현재에도 100% 명확하게 해당 메커니즘이 해명된 것은 아닙니다.

하지만 각운동량 보존과 유체의 소도 및 질량 분포에 따라 열의 이동으로 알려져 있습니다.

이는 계속해서 연구되고 있습니다. 움직이는 부품 없이 내부 및 외부 소용돌이의 역상 흐름으로 뜨거운 공기와 차가운 공기가 분리되어 지는 원리 입니다.