간헐천 오른쪽의 시설이 비드 펌프(bead-pump)이다.

초당 40g의 물을 흘려 천연가스를 압축하고 있다.

목차

1. 원시적 발상
2. 비드 펌프의 등장
3. 기본셋업
4. 활용
5. 이름의 유래

1. 원시적 발상

에어락을 개방하면 어떻게 될까?

물이 떨어져 염소가 있던 공간을 차지하고 염소는 위로 밀려날 것이라는 결과는 뻔하지만,

중요한 건 그게 어떤 형태로 일어나느냐를 보는 것이다.

서로 자리를 바꾸는 모양새에 패턴이 있다는거 말고는 뭐 딱히 없다.

그런데,

저 문을 열면?

역시나 물은 떨어질거고 그 결과는 모두가 다 알아

앞서 말했듯 결과가 아니라 과정이 궁금한거야

1칸씩 번갈아 점유하며 순간이동을 한다.

이 원리의 첫 공학 작품이 아래의 것

이런 질문을 할 수 있다.

"염소는 어째서 아래로 다시 밀려나는게 아니라 빨려올라가는 쪽을 선택할 수 하는건가요?"

무더기의 액체가 낙하할 때 반드시 저런식의 진공칸이 생기기 때문이다.

선두로 떨어지는 저 액체 1칸이 기체와 만나면 기체를 뒤로 밀어내고 낙하하는데,

위 아래로 액체 속에 갇힌 상태가 된 기체는 당연히 그대로 상승하는 선택지 밖에 없다.

현실에 빗대자면, 물에 손을 넣고 휘저으면 손의 진행방향 뒷공간을 메우려고 딸려오는 물의 흐름을 상상하면 된다.

"저 진공칸은 왜 생기는데요?"

아주 간단한 얘긴데, 예를들어

사람이 일렬로 행군할 때 뒷사람은 앞사람이 이동하여 공간이 비워지고나서야 이동할 수 있다. 그 사이의 버퍼라고 생각하면 되고, 뒤로 갈 수록 그 버퍼는 짧아진다.

2. 비드 펌프의 등장

짤의 왼쪽을 보다시피, 그냥 배수구에서 나오는 액체는 충돌판정이 존재하지 않고(그냥 흘러 넘치는 액체도 마찬가지),

바닥 타일에 닿기전까지 어떤 유체의 흐름도 간섭하지 못한다.

하지만 자신보다 무거운 다른 액체와 접촉한 뒤 떨어질 때는 충돌판정을 갖고 떨어지게 된다. (두번째)

또는 배수구 바로 밑에 그물타일이 있어도 충돌판정이 생긴다. (세번째)

이 글에선 두 번째 형태만 다루도록 하겠다.

아래는 이 현상이 자연적으로 일어나는 상황의 예시이다.

3. 기본 셋업

빨간 네모 부분은 반드시 타일로 막혀있어야 한다.

물이 흐르지 않고 한 칸에 고여있을 수 있는 질량은 31g 정도, 석유는 300g 정도 된다. (점성을 의미함)

즉 원유에 닿고 bead가 떨어지려면 밸브값이 35~40g/s 은 되어야 좋다.

점성이 큰 액체를 쓸 수록 같은 효율을 내는데에 밸브값을 크게 줘야하고 펌프 전력소비가 커진다. 그래봤자 없는 수준이긴하지만.

물 40g/s을 쓰는 경우 펌프의 가동률은 40g/10kg = 0.4% 이므로

비용은 0.96w가 든다.

배수구 아래 놓일 액체는 꼭 원유일 필요는 없다.

물을 사용한다면 오염된 물, 소금물 등 뭐가 되었든 펌핑하는 액체보다 더 무겁기만 하면 된다.

어느 방향으로든 가능하다.

4. 활용

본래는 증기터빈이 지금의 모습으로 너프되기 전에 기체(증기)흐름을 가속하는 용도로도 많이 썼고,

기체압축저장, 기체흐름가속이 필요한 모든 경우에 사용할 수 있고

bead 생성 원리 자체는 역류 열교환에도 활용된다. (석유 쿠킹 등)

마그마가 타일로 굳지 않게 열교환시키는데에도 쓰이고.. 이건 써먹기 나름이라 일일히 나열하기 힘들다.

기체저장타워

석유 쿠킹

5. 이름의 유래

수은 방울(bead)을 떨궈서 용기를 진공으로 만드는 Sprengel pump에서 유래했다고 한다.