[논문]화상상관법을 이용한 증발 디젤분무의 구조해석

염정국; 정성식; 하종률

화상상관법을 이용한 증발 디젤분무의 구조해석
Analysis on the Structure of Evaporative Diesel Spray by Using PIV Technique 원문보기

The effects of change in injection pressure on spray structure have been investigated in high temperature and pressure field. To analyze the structure of evaporative diesel spray is important in speculation of mixture formation process. Also emissions of diesel engines can be controlled by the analyzed results. Therefore, this study examines the evaporating spray structure by using a constant volume vessel. The injection pressure is selected as the experimental parameter, is changed from 72 MPa to 112 MPa with a high pressure injection system(ECD-U2). The PIV(Particle Image Velocimetry) technique was used to capture flow variation of the evaporative diesel spray. A study on the mixture formation process of diesel spray was executed by the results of flow analysis in this study. Consequentially the large-scale vortex flow could be found in downstream spray and the formed vortex governs the mixture formation process in diesel spray.

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문제 정의

이와 같이 디젤기관에 있어서도 혼합기 형성의 최적화에 의한 연소제어를 시도하는 수법이 중시되고 있고, 이를 위해서는 디젤 분무 구조에 기초한 혼합기의 형성기구의 규명이 매우 중요하다. 그러므로 본 연구에서는 보다 고도의 혼합 기형성제어를 위한 기초연구로서 고온 . 고압장에서의 증발 디 젤 자유분무구조를 해석한다.

가설 설정

고압의 분위기이다. 분위기 온도 Ta=700[K], 분 위기압력(배압) pa=2.55[MPa], 분위기 밀도 4=12.3 [kg/n?]로설정했다. 분사 압력 pinj=72, 112[MPa]에 대해서 각 분사기간은 1.

제안 방법

고압장에서의 증발 디 젤 자유분무구조를 해석한다. 계측 영역 은 연료와 주위기체와의 혼합이 활발히 진행되는 분무의 하류 영역으로 설정하고, 화상상관법(Parmele Image Velocimetry : PIV2)을 이용한 분무의 유동해석을 기초로 증발 디젤 분무의 구조해석을 행하였다. 실험조건으로서 분사 압력을 변화시 켰다.
그러므로 본 연구에서는 보다 고도의 혼합 기형성제어를 위한 기초연구로서 고온 . 고압장에서의 증발 디 젤 자유분무구조를 해석한다. 계측 영역 은 연료와 주위기체와의 혼합이 활발히 진행되는 분무의 하류 영역으로 설정하고, 화상상관법(Parmele Image Velocimetry : PIV2)을 이용한 분무의 유동해석을 기초로 증발 디젤 분무의 구조해석을 행하였다.
5와 같은 방법으로 처리해 얻은 주위기체 의 분무 반경 방향의 평균속도 %을 보인다. 또한 횡축에는 속도 변화와 액상의 선단부와의 관계을 명확 히 하기 위해, 측정위치를 액상의 선단도달거리Lliq 로 나눈 값을 이용했다. 그러나 본 연구와 같은 증발분무의 결과는 산란광 도의 변화가 급격하기 때문에 분무액상의 선단도달거리를 측정하는 것이 곤란하다.
레 이저펄스싱크로나이저는 INSIGHTS에 의해 제어되어지고, 레이저의 발광과 카메라의 셔터 타이밍을 제어하여 임의의 시간에서의 2장의 연속 화상 촬영이 가능해진다. 레이저 시트 광에 대하여 직각을 이루도록 크로스 코리레이션 카메라를 설치하고, 대물렌즈를 통과한 광신호를 CCD카메라에 결상한다. 크로스코리레이션 카메라의 화소수는 lOOOx 1012[pixel]이고, 공간분해능은 약 0.
이것에 의해 분무 내의 유동 및 그 변화 정도를 구하는 것이 가능하다. 본 연구에서는 화상의 검은 부분을 0, 밝은 부분을 8bit(256단계) 인 수치데이터를 얻어, 분무 내의 유동을 해석했다. Fig.
주위기체의 유동을 관찰하기 위한 트레이 서로써, 시드(Seed) 입자(Lumilight Pigment : Red, 평균 입경 2~8[mm], 비중 4, 내열온도 1023[K])를 연료 분사전에 교반 팬을 이용하여 주위기체에 혼입시켰다. 용기 내에서 시드 입자가 측정 영역 내에 균일하게 분포하고 있는 것을 화상으로 확인하였다 .
고 압 용기 내의 측정부에 있어서 폭 100[mm], 두께약 의 레이저광이 얻어진다. 촬영에는 고해상도 고속 디지털 화상 처리 시스템을 이용했다. 이 시스템은 크로스코리레이션 카메라 (Cross Correlation Camera, TSI : PIVCAMI0-30), 레 이저펄스 싱크로나이저(Laser Pulse Synchronizer, TS1 : model-610032) 및 PIV 해석 소프트웨어 (TSI : INSIGHT3)가 내장되어진 컴퓨터로 이루어진다.

대상 데이터

1에 본 실험에 사용한 레이저 시트광(Laser Sheet Light)에 의한 액적 Mie 산란광 신호를 이용하는 PIV 광학계를 보인다. 광원으로써는 Nd:YAG 레 이 저(Spectra-Physics : PIV400)를 사용했다. 본 연구에 이용한 레이저 시스템 PIV400에는 광원으로 하는 Nd:YAG레이저(GCR170)가 2기 설치되어 있고, 발진된 2개의 레이저광은 고주파 발생기(Quanta- Ray : HG-2)에 입사되어져 제2고주파(파장532[nm|) 의 레이저광을 방출한다.
인젝터에는 3방 향 전자밸브가 장착되어져 있고, 인젝터 내부의 니들(Needle)밸브 제어오리피스에 의해 분사율을 제어한다. 분사노즐은 단공홀 노즐이고, 분공경 F=0.2[mm], 분공길이 l=1.0[mm] (세장비 1/F=50)를 사용했다.
주위기체의 유동을 관찰하기 위한 트레이 서로써, 시드(Seed) 입자(Lumilight Pigment : Red, 평균 입경 2~8[mm], 비중 4, 내열온도 1023[K])를 연료 분사전에 교반 팬을 이용하여 주위기체에 혼입시켰다. 용기 내에서 시드 입자가 측정 영역 내에 균일하게 분포하고 있는 것을 화상으로 확인하였다 . 또한, 이화상을 이용해 PIV 처리 촬영시, 2장의 화상 획득 시간 간격(△t=7[ms])에서 시드 입자의 유동은 관측되지 않았다.

성능/효과

2) 증발분무에 있어서도 비증발분무의 경우와 같이, 분사 연료와 주위기체의 상호작용으로 발생한 와{Vortex) 운동에 의하여 분무 내부에 가지 구 조(Branch-like structure)상의 액적의 분균일 분포가 존재한다. 따라서 그가 지 구조로 인하여 불균일한 농도를 가진 혼합기가 형성된다.
3) 증발디젤 자유분무의 경우, 분사 압력의 증가는 분무의 반경 방향(VR)으로의 주위기체의 유동을 더욱 불규칙한 난류 확산 유동으로 만들고, 그 결과 분사된 연료와 주위기체와의 혼합기 형성을 촉진시킨다.
또한, 이화상을 이용해 PIV 처리 촬영시, 2장의 화상 획득 시간 간격(△t=7[ms])에서 시드 입자의 유동은 관측되지 않았다. 그 결과, 본 연구의 분무 주 위기체 유동의 관측시에는 시드입자 자신의 유동은 무시할 수 있다고 판단했다.
또한 비증발분 무 구조의 연구에 있어 Takagishi"는 노즐 근방에서 형성되어진 와 구조가 분무하류방향으로 진행함에 따라 그 크기가 성장하고, 분무선단 부 근처에 있어서 그 크기가 분무 반경에 도달하는, 즉 분무수직단면 에서 2개의 와열(Vortex Array)을 형성 한다고 보고하고 있다. 이것으로부터 본 연구에서 증발 디 젤 자 유분무의 선단부에는 선단도달거리의 약 30% 정도의 규모를 가지는 대규모의 와 구조가 존재하는 것을 알 수 있다. 또한 그와구조의 규모는 분무 내 연료질량이 동일하면 분사 압력에 의존하지 않는다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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