부탄 및 프로판의 비정상 난류 특성에 관한 연구

Title
부탄 및 프로판의 비정상 난류 특성에 관한 연구
Authors
송학현
Keywords
부탄및프로판의비정상난류특성에관한연구
Issue Date
2012
Publisher
인하대학교
Abstract
부탄 및 프로판을 연료로 사용하여 기상 분사 방식의 인젝터를 사용하는 엔진의 형태가 다양하게 연구되고 이를 상용화하여 시판되고 있다. 흡기관 분사 엔진에서 기체 상태의 부탄 및 프로판을 사용하고 있으며 분사 시 비정상 기체 분사 형태로 분사되고 있는데, 이와 같은 흡기관 분사 방식의 기체 분사 엔진 시스템에 적용되고 있는 비정상 분사 시스템의 이해를 높이기 위해 부탄 및 프로판을 이용한 비정상 기체 제트 특성에 대해 분사 특성을 측정하고 분석하는 연구를 수행하였다. 분사 패턴을 측정하기 위하여 부탄 및 프로판의 가시화를 위해 에어로졸 제너레이터를 통과시키고 레이져를 투과시켰다. 가시화된 분사 형상은 ICCD 카메라로 측정하였고, 컴퓨터에 저장한 후에 화상처리 및 분석을 수행하였다. 분사 인젝터의 구동은 디지털 딜레이를 이용하여 delay를 발생시켜 시간별로 거동하는 분사 특성 및 속도를 관측할 수 있도록 구성하였다. 인젝터 노즐 팁을 직경별로 가공하여 사용하였으며 각각의 노즐 팁에 따라 분사 압력을 변화시켜 인젝터 노즐의 형상과 분사 압력에 따른 분사 특성 또한 고려하였다. 또한 기체분사시 분사 구조를 파악하기 위하여 슬릿 및 원통을 사용하여 분사 특성을 측정할 수 있도록 하였다. 노즐 부근에서 노즐 직경보다 약간 큰 직경의 슬릿을 사용하여 분사를 통과시켜 슬릿의 직경 및 노즐로부터의 슬릿의 이동거리에 따라 제트가 간섭을 받는 정도를 파악할 수 있었다. 또한 주위 공기로부터의 유입현상의 효과를 관측하기 위하여 제트 주위에 원통을 적용하여 제트의 거동을 관찰하였다. 본 연구를 통해 분사 도달거리는 기존의 천이 영역을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델을 이용하여 전체적으로 예측이 됨을 알 수 있었고, 천이 영역의 거리는 Le/dinj=4.35~19.4 범위로 측정되었다. 제트 주위의 슬릿과 원통을 이용한 실험을 통해 분사 초기에 주위 공기의 유입현상이 활발하게 진행됨을 알 수 있었고, 공기의 유입현상을 제한 받을 경우 제트 거동에도 많은 변화가 발생함을 알 수 있었다. 또한 슬릿 실험을 통하여 천이 영역 도달 이전의 제트의 직경 등을 파악할 수 있었고, 이로부터 가상 원점의 위치는 x0/dinj=0.56~7.25로 노즐 출구 이후에 위치함을 추정할 수 있었다. 나아가 본 연구를 통해 노즐 직경 및 분사 압력에 따른 최적화된 분사 모델을 제시하여, 흡기관 분사 엔진의 기상 인젝터 설계에 있어 유용한 자료로 활용할 수 있다고 기대한다.
Description
1. 서 론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 연구 및 기술 동향 5 1.2.1 LPG 액상분사 방식 6 1.2.2 LPG 기상분사 방식 9 1.3 연구 개요 및 목표 13 2. 연구 내용 15 2.1 비정상 난류 제트의 정의 15 2.2 실험 장치의 구성 17 2.3 실험 방법 25 2.4 인젝터 분사량의 측정 29 2.5 분사 도달거리 계산 방법 32 3. 연구 결과 34 3.1 부탄 및 프로판의 분사 거리 측정 결과 34 3.1.1 노즐 직경 변화에 따른 분사 거리 측정 34 3.1.2 분사 압력 변화에 따른 분사 거리 측정 36 3.1.3 비정상 제트 분사 영역의 분석 38 3.2 제트 주위의 공기 유입현상 특성의 관찰 42 3.2.1 슬릿을 이용한 분사거리 측정 결과 42 3.2.2 원통을 이용한 분사거리 측정 결과 44 3.2.3 비정상 난류 기체 제트의 구조 45 4. 결 론 47 5. 참고문헌 48
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23309
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College of Engineering(공과대학) > Mechanical Engineering(기계공학) > Theses(기계공학 석박사 학위논문)
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