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문제 정의
- 본 연구에서는 초음파 분무 미립화에 관해 기존의 연구 경험과 이론 정립을 토대로 하여 농업용 액체 분무시스템에 초음파 기술을 적용하여 비닐하우스 내부에서나 그 외에 사용되는 농업용 분무기인 비료나 농약의 분사시 미립화율이 낮아서 액적의 낭비가 높고 효율성이 떨어지고 있는 실정이므로 현재 분무시 낭비되고 있는 농약과 비료의 효율성을 높이고자 분무각, 분무주의 크기 등을 구명코져한다
제안 방법
- 1. 노즐에서 노즐팁의 변화와 주입 공기량의 변화가 분무의 미립화와 유량에 많은 영향을 미침을 확인하였으며, 제시된 실험조건에서 최적 유량과 공기 압력을 측정하였다.
- 광원은 Ar'(Spectra Physics, Stable 2016, 발진 파장 A = 514.5 nm)를 이용하였고, Optical fiber를 통해 송광계에 유도된 레이저광은, 송광계의 beam seperater에 의해 2개의 빔으로 나누어져, 빔 간격 32mm의 평행광으로 만들어지며, 렌즈경 75mm 의 렌즈에 의해 전방 310mm의 위치에 교차하여, 분무류 중에 측정 체적을 형성한다.
- 노즐의 특성을 파악하기 위해 분사되는 물의 압력과 공기의 압력을 변화시키며 분무 정도를 파악하였다. 노즐팁의 변화에 따라 분무 액적에 많은 영향을 주었으며, 공기압력 변화도 중요한 인자로 작용한다.
- 액적의 직경과 축방향 속도의 동시측정에는, 레이저도플러 유속계를 이용하여 측정한다. PDA 광학계가 Fig.
대상 데이터
- 7은 분무 실험장치의 개략도이다. 노즐은 이유체 노즐을 사용했으며, 초음파 공급 장치는 초음파 발진장치와 초음파 에너지를 부가하는 장치로 구성되어 있다. 초음파 에너지는 관로 상에 부가하는 방법과 노즐과 잔동자를 직각으로 부착시켜 노즐 자체에 에너지를 부가하는 두 가지 방법을 사용하였다 실험에 사용된 액체는 수돗물을 사용하였고, Photo.
- 8에 본 연구에 사용된 액적 촬영용 광학계측장치의 개략도를 나타내었다. 레이저시트의 광원으로는 파장 514.5nm의 아르곤 이온레이저(Spectra physics社, satbilite 2017)를 사용하였다. 레이저광은 평볼록렌즈(f=500mm)를 거 쳐, 원통형렌즈(f=58mm)에 의해서 진동자와 반사판의 중심축을 포함한 두께 약 1mm의 시트를 형성하였다.
- 본 실험에 사용된 혼은 두 가지 형태로서 효율을 비교하기 위해서 Fig. 1과 Fig. 2가 본 실험에 사용된 혼의 설계도면이다.
- 단점이 있다. 본 실험에 사용된 혼의 재질은 Al 7075-T651 이고, 그 주요륵성은 Table 1과 같다.
- 수광계에는 DANTEC사의 57X10형 (수광렌즈경 75mm, 초점거리 310mm)< 이용하였으며, 신호처리에는 동사제품인 58N10 형의 신호처리기를 이용한다.
- 이러한 장치가 바로 초음파 발생장치이며, 매질에 따라 또는, 원하는 주파수에 따라 여러 종류의 진동자 (Transducer) 가 있으며 Inner bolted Langevin 진동자는 두 개의 다른 금속판(탄성판)사이에 수정판을 모자이크 상으로 모아 접착 또는 볼트 체결하여 저주파수의 강한 초음파롤 얻을 수 있는 진동자이며, 볼트 죄임 방식이므로 두 금속판의 열팽창계수가 달라도 떨어지는 일이 없으며 효율이 높다. 실험에 사용한 초음파 진동자는 전기음향 변환효율이 높고 진동속도가 빠르면서 발열이 적고 가격도 저렴하며, 성능과 내구성이 우수한 볼트 체결 랑게빈 진동자이며, 그 주요특성은 Table.2와 같다.
- 2)의 조리개는 완전히 개방하였다. 촬영 플레임렛은 4500매/초이고, 촬영매수는 1024매(촬영시간 약 0.23초)로 실험을 실시하였다. 또 얻어진 화상은 256 x 256pixel2 로, 퍼스널 컴퓨터(NEC社, PC-昭01ES)에 삽입하여 8bit(2%계조)의 농담(濃淡)으로 디지털 되어 기록된다.
이론/모형
- 레이저 시트에 의해 조사(照射)된 미 산란광은 아르곤 이온 광간섭 필터(중심파장 514.5nm)를 통해 레이저 시트와 수직 방향으로 배치된 고속도 CCD 카메라 (KODAK 社, Ektapro HS Motion Analyzer Model 4540) 에 의해 촬영되었다. 촬영용 렌즈(Nikon社, Nikkor 초점거리 50mm, f : 1.
성능/효과
- 2. 관로상에 초음파에너지를 부가한 방법과 노즐 자체에 부가한 방법 모두 미립화 효율이 향상됨을 관찰할 수 았었다.
- 3. 분사된 분무각을 비교하였을 때 초음파 비가진시보다 초음파 가진시인 두 가지 경우, 관로상과 노즐 자체에 초음파를 가하여 분무하였을 때를 비교하면 비가진人], 관로상, 노즐자체의 순으로 분무각이 증가함을 볼수 있었다.
- 5. 초음파 에너지를 관로상에 가하였을 때보다 노즐에 직접 작용시켰을 때 그 효율이 더 상승됨을 레이져 이용 가시화와 분무주 크기 등에서 확인할 수 있었다.
- 26 kg/cn?이었다. 관로형보다 노즐에 직접 초음파에너지를 가한 조건이 8-10% 분무각의 확산 효율이 증가되었다. 최적 노즐 조건은 노즐에 직접 초음파를 가한 것이다.
- 17은 노즐자 체에 초음파에너지를 부가할때의 사진이다. 사진상에서 흰색부분의 면적이 분무 주로서 압력이 증가할수록 분무주가 늘어남을 확인할 수 있었다. Fig.
- 4 1/min을 사용하였다. 이 결과를 해석하면 비닐하우스 내에서 농약, 비료등을 사용시 압력을 가한 경우가 더욱 경제적임을 알 수 있었다
- 최대 분무주는 46mm~37mm 범위이며, 관로형보다는 노즐에 직접 초음파에너지를 부착한 것이 분무 주의 길이가 8-11% 정도 길게 나타났다. 초음파 노즐에서 분무주는 약 50mm 정도 떨어진 지점에서 미립화 효율이 최대가 됨을 알 수 있었다. 또한 압력이 클수록 분무주가 커지는 이론과도 일치한다
- 2~3kg/cm2의 분사압력 변화시 분무주의 크기를 측정한 실험 결과이다. 최대 분무주는 46mm~37mm 범위이며, 관로형보다는 노즐에 직접 초음파에너지를 부착한 것이 분무 주의 길이가 8-11% 정도 길게 나타났다. 초음파 노즐에서 분무주는 약 50mm 정도 떨어진 지점에서 미립화 효율이 최대가 됨을 알 수 있었다.
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