[논문]오리피스 형상에 따른 단공 노즐의 내부 가시화와 분무 특성

손종원; 차건종; 김덕줄

문제 정의

그러나 이러한 연구는 고압분사 조건에서 이루어 졌으며 저압분사에서의 미립화 향상올위한 연구는 미흡하다. 그러므로 본 연구에서는고압의 조건에서만 미립화가 이루어지는 단공 노즐을 저압분사에서도 고압분사에서와 같은 효과를 얻을 수 있도록 노즐의 오리피스 형상을 설계하여 단공노즐의 미립화를 향상시키는 연구를 하였다.
실제 노즐 오리피스의 약 10배 크기로 제작한단순 형상의 아크릴 노즐을 이용하여 내부 유동을 가시화하고 오리피스에 gap과 바이패스를 설치하여 캐비테이션을 발생시키고 gap과 바이패스의 크기, 그리고 gap의 위치변화에 따른 단공노즐 오리피스 내부와 외부 분무 특성을 파악하여실제 디젤 분사 노즐에 적용하기 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.

제안 방법

Gap과 바이패스를 설치한 아크릴 노줄을 제작하여 오리피스 내부를 가시화와 하고 PMAS와 PDA 시스템으로 분무특성을 비교 분석한 결과다음과 같은 결론을 얻었다.
Gap의 위치 변화에 따른 오리피스 내부와 분무 특성을 조사하였다. Fig.
Gap의 크기가 미립화에 미치는 영향을 조사하기 위해 gap의 크기에 따른 오리피스 내부와 분무 톡성을 비교하였다. Fig.
가시화 장치는 내부 가시화를 위해 Micro lens 를 부착한 CCD 카메라를 사용하여 오리피스 내부를 6배로 확대하여 이미지를 취득하였으며 광원으로는 스트로 브 스코프를 사용하였다 .
노즐에 바이패스를 설치했을 경우 미립화 향상에 미치는 영향을 단공 노즐과 비교하였다.
바이패스의 크기가 미립화에 특성에 미치는 영향을 알아보기 위해 8mm gap에 바이패스 크기룔 1.0, 1.5, 2.0mm로 변화시켜 오리피스 내부와분무 특성을 조사하였다. 여기서 8mm gap을 사용한 이유는 바이패스가 2.
테스트 노즐온 3가지 형태로 만들어 졌으며 L/D비를 동일하게 하였고 오리피스 내부의 캐비테이션버블 이미지를 얻기 위해서 가시화가 가능한 아크릴로 제작하였다. 분무 특성을 파악하기 위해서 PMAS를 이용해 얻은 거시적인 이미지룔 취득하여 분무각을 측정하고 PDA 시스템을 이용하여 SMD롤 축하방향 50mm부터 20mm 간격으로측정하여 각 노즐의 분무 톡성율 비교하였다. 오리피스 내부 압력의 정량화를 위해 캐비테이션수를 구하여 각각의 테스트 노즐들을 비교하였다.
분무의 특성 해석을 위하여 PMAS(V-tek, Mx-U) 롤 사용하였고 CCD 카메라에 초점 Igmm의 렌즈를 부착하고, 카메라와 측정영역사이에 불록렌즈(F= 600mm, D=135mm)룔 사용하여 분무 이미지률 확대시킨 후, 프레임그래버룔 거쳐 컴퓨터에서 이미지를 취득하였다. Fig.
0mm로 변화시켜 오리피스 내부와분무 특성을 조사하였다. 여기서 8mm gap을 사용한 이유는 바이패스가 2.0mm일 경우 6mm gap에서의 설치가 불가능하고 6mm, 8mm gap의분무 특성 차이가 거의 없기 때문에 8mm gap에바이패스를 설치하여 각 노즐을 비교하였다.
분무 특성을 파악하기 위해서 PMAS를 이용해 얻은 거시적인 이미지룔 취득하여 분무각을 측정하고 PDA 시스템을 이용하여 SMD롤 축하방향 50mm부터 20mm 간격으로측정하여 각 노즐의 분무 톡성율 비교하였다. 오리피스 내부 압력의 정량화를 위해 캐비테이션수를 구하여 각각의 테스트 노즐들을 비교하였다.
4는 단순 오리피스, gap만 설치된 오리피스, 바이패스가 설치된 오리피스의 내부와 분무거동을 비교한 사진이다. 오리피스 내부의 배경과 캐비테이션 버블을 구별하기 위해서 이진화하여 이미지를 처리하였다. 검은색 부분온 캐비테이션 버불과 오리피스 벽을 나타낸다.
입력전압은 12V로 하였으며 출력값은 0.001-10V로 직류전압으로 출력이 되며 오실로스코프를 이용하여 전압값을 취득하여 압력을 구하였다.
3은 실험에 사용된 노즐의 내부도이며 Table 1은 오리피스 형상의 치수를 나타낸다. 테스트 노즐온 3가지 형태로 만들어 졌으며 L/D비를 동일하게 하였고 오리피스 내부의 캐비테이션버블 이미지를 얻기 위해서 가시화가 가능한 아크릴로 제작하였다. 분무 특성을 파악하기 위해서 PMAS를 이용해 얻은 거시적인 이미지룔 취득하여 분무각을 측정하고 PDA 시스템을 이용하여 SMD롤 축하방향 50mm부터 20mm 간격으로측정하여 각 노즐의 분무 톡성율 비교하였다.

대상 데이터

있다. PDA 시스템에서 레이져는 Ar-ion 레이져(최대츨력 5W)가 사용되었고, 측정시 출력은 2W로하였다. 또한 신호처리계의 고전압은 1000-1400V로 하였고, 밴드폭은 4~ 12MHz로 측정하였다.
1은 본 연구에 사용된 실험장치의 개략도이다. 실험장치는 분사계, 액적의 크기를 측정하기 위한 PDA 시스템 및 분무 가시화 장치로 구성되어 있다. 분사계는 펌프와 대형수조를 배관으로 연결하여 순환식으로 작동유체인 물을 공급하도록 설치하였으며 가시화롤 위한 아크릴 노즐, 압력계, 정수필터, 분사압 조절을 위한 밸브그리고 온도를 상온으로 일정하게 유지하기 위한냉각시스템 등으로 구성되어 있다.

성능/효과

(1) 단순형상의 단공 노즐에서 오리피스 내부에 gap과 바이패스를 설치함으로써 미립화를 크게 향상시킬 수 있었다.
(2) Gap의 크기가 단공 노즐의 미립화에 미치는 영향을 조사한 결과 gap의 크기가 작을수혹양호한 분무특성을 얻을 수 있었다.
(3) 바이패스의 크기가 단공 노즐의 미립화에미치는 영향을 조사한 결과 바이패스가 작을수록미립화가 향상되었다.
8은 gap의 크기에 따른 캐비테이션수, 분사각, 그리고 SMD를 나타내고 있다. Fig. 7과 8에서 보여지는 바와 같이 A-6, A-8노줄은 오리피스 내부에 확산된 캐비테이션 버블이 나타나며분무각과 SMD가 거의 비숫하였고 양호한 미립화를 얻을 수 있었다. 그러나 A-10노즐에서는 다론 두 노즐에 비해 분무각이 작고 캐비테이션 버불이 생성되지 않았으며 분무각과 SMD가 크게나타났다 .
전에 소멸되기 때문이다. 위 결과로 L2 의 길이는 오리피스 내부의 액체 분열에 많은 영향을 미치며 길이가 커짐에 따라 양호한 미립화를 얻을 수 없옴을 알 수 있었다.
위 결과에서 바이패스의 설치로 인해 오리피스내부에 캐비테이션 버블이 발생하고 이 캐비테이션이 분무위 미립화에 많은 영향을 미치고 있다는 것을 알I수 있었다.

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