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대형디젤기관에서 연속재생방식 PM저감장치장착에 따른 유동 및 성능에 관한 수치해석적 연구
A Study on Prediction of Flow Characteristics and Performance of a Heavy-Duty Diesel Engine with Continuously Regenerating Method PM Reduction 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.13 no.2, 2005년, pp.52 - 57  

한영출 (국민대학교 기계.자동차공학과) ,  문병철 (서울정수기능대학 카일렉트로닉스과) ,  오상기 (국민대학교 자동차전문대학원) ,  백두성 (국민대학교 자동차전문대학원)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The increasing automobiles continue to cause air-pollution problem s worse than ever. In fact, many automobile research are involved in how to reduce exhaust emissions effectively specially in $NO_X$ and PM to comply with stringent emission standards, Euro V. This research emphasized on t...

주제어

#대기오염   #질소산화물   #입자상물질   #디젤매연여과장치  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 대형디젤기관에서 배출되는 배출가스 중 PM 저감을 위한 연속재생방식 PM 저감장치에 대한 수치해석을 통한 유동 및 성능특성에 미치는 영향을 연구하여 본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 특히 자동차 배기가스는 대기오염에 지대한 영향을 미치고 있어 전 세계적으로 이를 저감하기 위해 많은 연구를 진행하고 있으며, 각 국에서는 디젤차량의 배기가스 중 가장 문제시되는 NOX 및 PM의 규제를 강화하고 있다. 따라서 본 연구에서는 현재 대형디젤기관의 입자상물질 제거기술 중 국내 보유기술과의 호환성이 높고 적용 가능성이 유력한 연속재생방식 PM 저감장치에 관한 기관유동특성 및 성능에 관한 연구로서 연속재생방식 PM 저감장치 장착시의 기관 유동 및 성능특성을 KIVA-3V 코드 및 CFD-ACE+로 예측하여 실제 실험자료를 통한 수치해석 검증을 수행하고 연속재생 방식 PM 저감장치내의 온도 및 압력특성을 파악하였다.

가설 설정

  • 경계 조건으로서 벽면의 온도는 450K 로 일정하다고 가정하였으며, 속도의 벽면 경계 조건은 벽면에 수직한 방향의 속도가 벽면이 움직이는 속도와 같다고 묘사함으로써 피스톤의 움직임에 의한 영향을 고려한다. 벽면에 접선 방향의 속도 성분은 난류벽법칙을 적용한다.
  • 계산이 시작하는 IVC에서의 실린더 안에 존재하는 공기의 온도는 344 K로 균일하다고 가정하며, 연소실 내부에는 스월 유동(Swirl flow)만이 존재한다고 가정하였다. Bessel 함수를 이용하여 속도 초기 조건을 설정하고, 속도의 초기값은 순간 선회 유동 강도(Swirl ratio)를 이용하여 대입한다.
  • 벽면에 접선 방향의 속도 성분은 난류벽법칙을 적용한다. 밀도 및 난류 운동에너지의 벽면 경계조건으로는 벽면에 수직한 방향에 대한 구배가 없다고 가정한다. 또한, 연속재생방식 PM 저감 장치 장착 전·후의 압력 및 온도값은 측정값과 수치해석 결과값이 거의 일치하여, 배출가스 온도와 압력값을 653.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
디젤차량의 배기가스 중 가장 문제시되는 성분은 무엇인가? 자동차 사용 대수의 급속한 증가로 인해 대기오염이 날로 심각해지고 있다. 특히 자동차 배기가스는 대기오염에 지대한 영향을 미치고 있어 전 세계적으로 이를 저감하기 위해 많은 연구를 진행하고 있으며, 각 국에서는 디젤차량의 배기가스 중 가장 문제시되는 NOX 및 PM의 규제를 강화하고 있다. 따라서 본 연구에서는 현재 대형디젤기관의 입자상물질 제거기술 중 국내 보유기술과의 호환성이 높고 적용 가능성이 유력한 연속재생방식 PM 저감장치에 관한 기관유동특성 및 성능에 관한 연구로서 연속재생방식 PM 저감장치 장착시의 기관 유동 및 성능특성을 KIVA-3V 코드 및 CFD-ACE+로 예측하여 실제 실험자료를 통한 수치해석 검증을 수행하고 연속재생 방식 PM 저감장치내의 온도 및 압력특성을 파악하였다.
KIV A-3V에서 사용되는 지배방정식들은 어떤 식들로 구성되어 있는가? 본 연구에서는 KIV A-3V 를 사용하여 기관연소특성을 파악하여 그 결과 값인 열역학적 기본상태량값들을 CFD-ACE+로 형상모델링한 연속재생 방식 PM 저감장치의 초기조건으로 입력하여 온도 및 압력 특성을 파악하였다. KIV A-3V에서 사용되는 지배방정식들은 보존식의 형태로서 비정상상태의 압축성유체의 유동과 화학반응 및 연료분무를 고려한 식들로 구성되어 있으며,1) 이들을 격자상에서 각 시간스텝에 대하여 풀어 결과를 내도록 되어 있다.2) Table 1과 Fig.
연속재생방식 PM 저감장치에 대한 수치해석을 통한 유동 및 성능특성에 미치는 영향에 대한 연구 결과는 어떠한가? 1) 대형 디젤기관에서 연속재생 방식 PM 저감장치 장착에 따른 기관성능 및 유동특성 등에 대한 예측 프로그램을 개발하고, 기관실험결과와 비교·검토하여 프로그램의 타당성을 검증하였다. 2) 연속재생 방식 PM 저감장치 장착에 따른 연소실내 온도특성은 장착후가 장착전에 비해 약 4% 정도 감소함을 알 수 있었다. 이로부터 저감장치장착이 기관연소에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 3) 연속재생 방식 PM 저감장치의 연속재생을 위해서는 배기가스온도가 350℃ 영역에서 유지되어야만 원활한 연속재생이 이루어짐을 수치해석을 통하여 확인하였다. 4) 향후, 일반적인 CR-DPF 의 구조가 재생온도를 낮추기 위해 전단부에 DOC를 장착한 형식인 점을 고려할 때 DOC에 의한 유동 및 압력 특성 변화를 고려한 수치해석이 필요하다.
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참고문헌 (7)

  1. H. S. Kim, 'Modeling of Liquid Droplet Atomization and Spray Wall Impingement of Diesel Sprays,' Journal of KSME, Vol.23, No.1, pp.69-81, 1999 

  2. A. A. Amsden, P. J. O'Rouke, T. D. Buller, 'KIVA- II: A Computer Program for Chemically Reactive Flows with Sprays,' Los Alamos National Laboratory Report LA-11560-MA (MAy), 1989 

  3. CFD-ACE Manual Version 6.4, CFD Research Corporation, 1998 

  4. R. D. Reitz and R. Diwakar, 'Structure of High-Pressure Fuel Spray,' SAE 870598, 1987 

  5. K. Meintjes, 'Hidden-Line Removal for Viewing Three-Dimensional Surfaces and Objects,' General Motors Research Laboratories, Research Publication GMR-5343, 1988 

  6. C. A. Maloney, 'Sulphate Production Over The CRT: What Fuel Sulfur Level Is Required To Enable The ED 4 and ED 5 PM Standard To Be Met?,' SAE 2000-01-1875, 2000 

  7. B. C. Choi, J. W. Jeong, 'State of the Art of the Advanced After-treatment Technology for Zero Emission Gasoline Vehicles,' Journal of KSAE, Vol.24, No.1, p.20, 2002 

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