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문제 정의
- 그러나 현재 까지의 국내외에서 발표된 연구들은 대부분 유동특성에 관한 해석3,4)이거나 매니홀드의 형상을 무시한 2차원적 해석'이었다. 따라서 본 연구에서는 근접 장착 촉매변환기의 비정상적 맥동 유동특성이 모노 리스의 열적거동 및 변환효율에 미치는 영향을 연 구하기 위하여 엔진에서 일어나는 비정상적 유동특 성과 모노리스에서의 3차원적 열유동 및 화학적 거 동을 연계하여 동시에 해석할 수 있는 해석기법을 개발하였다. 이를 이용하여 직 렬 6기통 가솔린엔진 에 장착된 근접장착 촉매변환기를 대상으로 비 정상 적 유동특성, 온도 및 농도분포, 그리고 변환효율을 3차원적으로 분석하였으며 또한 모노리스의 셀밀 도의 변화가 CCC의 성능에 미치는 영향을 연구하였다.
- 본 연구에서는 Fig. 1에 나타낸 CCC로 유입되는 배출가스의 비정상적 열 및 유동특성을 계산하기 위하여 본 연구대상 CCC가 장착되어져 있는 엔진 의 흡배기 시스템을 특성곡선법° 및 열역학적 모델 링7)을 사용하여 계산하였다. 실린더 내의 연소는 2 영 역모델6, 7)을 사용하였으며 배 기조성 계산을 위하여 아래와 같은 7가지의 화학반응을 고려하였다.
- 최 근들어 활성 화 시간을 단축하고 배 기 가스의 열 을 효과적으로 활용하여 냉간 배출물울 억제하기 위하여 높은 셀밀도의 모노리스를CCC에 적용하기 시작하였다. 본 연구에서는 셀밀도의 변화가 CCC의 성능에 미치는 영향을 연구하기 위하여 Table 1에 나타낸 것과 같이 현재 상용되고 있는 3가지의 셀밀도를 적용하여 해석을 수행하였다. Fig.
- 본 연구에서는 근접장착촉매 변환기의 열적 신뢰 성을 예측 분석할 수 있는 해석 모델을 개발하여 6 기통 엔진에 장착된 근접장착촉매변환기에 적용하여 열적 신뢰성에 밀접한 관계가 있는 3차원 유동특성 및 온도분포를 예측하였다. CCC 내의 가스의 맥 동특성을 묘사하기 위하여 가스역학 모델과 3차원 CFD모델을 연계하여 계산하였다.
가설 설정
- Table 2와 Table 3에 연소모델 및 식 (1)로부터 계 산된 1200rpm과 3000rpm에서의 각 실린더로부터 의 배출물의 사이클 평균농도를 나타내었다. 본 연구에서 H2는 CO의 1/3로 가정하였으며 HC는 본 해석프로그램으로 계산되지 않으므로 실험값7)을 사용하였다. 이때 총 배출된 탄화수소화합물 중 90%는 C3H6로 고려 하였고 나머지 10%는 CH4로 간주하였다.
- 본 연구의 운전조건은 충분히 CCC가 웜업되어 화학반응이 율속단계에 도달한 경우로 정하였다.
- ccc의 각 배기관으로의 유입 유량, 온도, 배출물 의 농도비는 흡배기 관의 사이클 시뮬레이션 결과를 이용하였으며 난류강도는 유입속도의 2%로 가정 하였다. 유출조건은 균일 압력조건을 주었으며 배 기관 및 모노리스 외곽표면에서의 외부로의 열손실은 대류 경 계조건을 사용하였으며 이때 대류열전달 계수는 실험식을 사용하였다9).
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