[논문]반 실린더형 홈을 가진 벤틸레이티드 디스크 브레이크에서의 국소열전달 측정 및 수치 해석

이대희; 박성봉; 임창율; 김흥섭; 이관수

doi:10.3795/ksme-b.2006.30.6.587

반 실린더형 홈을 가진 벤틸레이티드 디스크 브레이크에서의 국소열전달 측정 및 수치 해석
Local Heat Transfer Measurement and Numerical Analysis in the Ventilated Disc Brake with Semi-Cylindrical Grooves 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.30 no.6 = no.249, 2006년, pp.587 - 593

이대희 (인제대학교 기계자동차공학부) , 박성봉 (한양대학교 대학원 기계공학과) , 임창율 (인제대학교 대학원 기계공학과) , 김흥섭 (인제대학교 기계자동차공학부) , 이관수 (한양대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A ventilated disc brake having semi-cylindrical grooves has been proposed to improve the thermal judder by way of heat transfer enhancement. The local heat transfer coefficients were measured in the flow passage of disc brake. These measured local heat transfer data were utilized to do the finite element numerical analysis which predicts the maximum temperatures on the disc brake. The results show that the maximum temperatures on the disc surface with semi-cylindrical grooves are approximately 35.2% lower than those without them.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 반 실린더형 홈을 가진 디스크브레이크 유로 내에서의 열전달 측정 및 수치해석을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.

가설 설정

그러나 자동차 바퀴와 지면의 마찰은 무시할 정도로 작다고 가정하고 또한 기타 요인에. 의한 에너지손실도 무시할 수.
실험 모델 벽에서의 전도 열손실 #는 표면에서의 전체 가열에 비하여 매우 작기 때문에 0으로 가정하였다. Lee(11,12)등에 의하면 intrex의 크기를 작게 하고 Intrex가 감겨져 있는 roll의 중간부분을 취할 경우 /의 값은 0.
의한 에너지손실도 무시할 수.있을 정도로 작다고 가정한다면 주행 중인 운동에너지가 모두 패드와 디스크의 마찰 에너지로 변환된다고 가정할 수 있다. (13, 14)

제안 방법

또한, D 는 groove의 폭을 나타낸다. Groove의 깊이와 폭의 비는 일정하게 유지하고, groove의 피치와 폭의 비는 P/D=3.0, 5.0, 7.0으로 변화시켰다.
6에 나타내었다. 디스크 브레이크는 원주상에서 1L25도 간격으로 대칭을 이루고 있고, 다시 이것의 1/2 대칭을 이루므로, 실제 해석은 이 부분을 ANSYS 자동 격자 생성기능을 이용하여 모델링하였다. 반실린더 형 홈이 있는 디스크 브레이크와 홈이 없는 디스크 브레이크의 요소와 절점 수는 각각 10, 989, 68, 824개 및 11, 059, 75, 122개이며 요소는 10절점 사면체 고차요소를 사용하였다.
반 실린더 형 홈이 있는 벤트 홀 부분에 적용되는 열전달계수는 실험에서 얻어진 결과를 이용하여 평균 열전달계수가 아닌 국소 열전달계수 값을 가지고 유한요소해석에 적용하였다.
본 연구에서는 기존의 벤틸레이티드 브레이크디스크의 열 방출을 증가시키기 위해 반 실린더형 홈을 유로 내에 설치하여 액정을 이용한 열전달 측정기법을 도입하여 국소열전달 계수 측정실험을 수행하고 이 결과를 바탕으로 유로부에 평균 열전달계수를 적용하던 기존의 수치해석과 달리 실제의 국소열전달 계수 값을 적용하여 3차원 FFT-FEM 모델을 이용한 수치해석을 수행하여 디스크 브레이크의 온도 해석을 하였다.
스치로폼 판에 반실린더형 홈을 설치하고 그 위에 Gold Film Intrex(두께 0.13mm의 투명한 폴리에스터 필름에 얇은 금*팅을 함)를 부착 시키고 검정 페인트와 액정(liquid crystal)을 도포하였다. 부착된 Gold Film Intrex의 양단에 접착력이 있는 구리포일 전극을 부착시키고 전선을 연결하여 직류 전류를 흘려보내면, Gold Film Intrex 표면에 일정한 두께로 매우 얇게 코팅된 금박 막의 저항으로 인하여 둥열 유속 경계조건이 형성된다.
01 X:인 항온조 (NESLAB/ RTE-221D)내에서 백금온도센서에 대하여 보정하였다. 시험부는 투명한 아크릴과 스치로폼을 이용하여 제작되어 유동가시화와 액정의 칼라변화를 비디오카메라로 촬영할 수 있도록 제작되었다.
열입력 조건은 Fig. 7에 보여 지는 것과 같이 90km로 주행하던 차량이 감속을 하고 다시 가속을 반복하는 제동조건을 적용하여 계산하였다.
제작하였다. 투명 아크릴 판을 이용하여 상하 평판을 제작하고 좌우 평판은 스치로폼을 이용하여 Fig. 1과 같이 제작하였다. 스치로폼을 선택한 것은 열천도율이 매우 낮아서 평판에서의 전도에 의한 열손실을 최소화 할 수 있기 때문이다.
티드 디스크를 제안하였고, 기존의 벤틸레이티드디스크 브레이크와의 온도 분포 비교를 통해 상호 성능을 분석하였다.
풍동 내에서 열전달 및 유체유동 측정을 용이하게 하기 위해서 핀과 디스크 부분의 크기를 실물 크기의 10배 확대한 실험 모델을 제작하였다. 투명 아크릴 판을 이용하여 상하 평판을 제작하고 좌우 평판은 스치로폼을 이용하여 Fig.

대상 데이터

디스크 브레이크는 원주상에서 1L25도 간격으로 대칭을 이루고 있고, 다시 이것의 1/2 대칭을 이루므로, 실제 해석은 이 부분을 ANSYS 자동 격자 생성기능을 이용하여 모델링하였다. 반실린더 형 홈이 있는 디스크 브레이크와 홈이 없는 디스크 브레이크의 요소와 절점 수는 각각 10, 989, 68, 824개 및 11, 059, 75, 122개이며 요소는 10절점 사면체 고차요소를 사용하였다.
본 실험에 사용된 풍동은 개방형 아음속 풍동으로 15kW의 가변형 D.C 모터를 사용하여 구동한다. 풍동으로 유입된 공기가 확대부(diffiiser)와 정류실(settling chamber)을 거쳐서 수축부를 통과하여 가속되고 시험부로 공기가 유입된다.
비석면 계통의 복합재료를 각각 적용하였다.
사용된 모델은 반 실린더형 홈을 가진 디스크브레이크와 홈이 없는 경우의 열특성을 규명하기 위해서 유한요소 해석법을 이용하여 수행하였으며, 모델의 벤트 홀의 수는 일반 벤틸레이티드디스크 브레이크와 같이 32개를 사용하여 모델링하였다.
실험모델은 두께가 lOmm이고, 상하 plate의 크기는 400×485mm 이고, 좌우 plate 의 크기는 485×76.5mm 이다. 상하 plate의 간격은 76.
02 cm인 Chromega-Alomega (K-type)열전대를 사용하였다. 실험에 사용된 열전대는 데이터수집시스템 (STRAWBERRY TREE/DATA Shuttle 12-bit A/D Board & PentiumIV/PC)에 연결되어 있으며, 오차가 ±0.01 X:인 항온조 (NESLAB/ RTE-221D)내에서 백금온도센서에 대하여 보정하였다. 시험부는 투명한 아크릴과 스치로폼을 이용하여 제작되어 유동가시화와 액정의 칼라변화를 비디오카메라로 촬영할 수 있도록 제작되었다.
풍동으로 유입된 공기가 확대부(diffiiser)와 정류실(settling chamber)을 거쳐서 수축부를 통과하여 가속되고 시험부로 공기가 유입된다. 유입되는 유체의 온도를 측정하기 위하여 지름이 0.02 cm인 Chromega-Alomega (K-type)열전대를 사용하였다. 실험에 사용된 열전대는 데이터수집시스템 (STRAWBERRY TREE/DATA Shuttle 12-bit A/D Board & PentiumIV/PC)에 연결되어 있으며, 오차가 ±0.

이론/모형

본 연구에서는 액정을 이용한 디지털 영상처리기법을 이용한 측정기법을 사용하였다.(10) 사용한액정(R35C1W)은 미세캡슐형태로 대략 1℃의 온도구간에 걸쳐서 전체 칼라 스펙트럼이 나타난다.

성능/효과

(1) 유로 내에 홈의 피치와 폭의 비(P/D)가 작을수록 열전달계수 값이 증가되는 경향이 나타났다. P/D=3, 5, 7인 경우가 홈이 설치되지 않은 경우에 비해서 열전달계수값이 각각 최대 98%, 82%, 68% 증가하였다.
(2) 3차원 유한요소 해석을 이용한 수치해석 결과에서는 반 실린더형 흠이 설치된 경우가 설치되지 않은 경우에 비해서 최대 온도가 약 19.7% 감소되는 경향이 나타났다.
P/D=3, 5, 7인 경우가 홈이 설치되지 않은 경우에 비해서 열전달계수값이 각각 최대 98%, 82%, 68% 증가하였다.
홈에 의한 열전달계수의 값은 유입부가 높지만 디스크의 온도는 중앙부와 출구부의 온도가 높아 실제적인 열전달량은 중앙부와 출구부가 유입부보다 더 촉진된 결과로 보여 진다. 이 결과는 반실린더형 홈을 가진 디스크 브레이크의 최대 온도가 낮아짐으로써 재질의 변화를 방지하고, 열적 져더 현상 및 열크랙 현상을 완화 시킬 수 있다는 결과로 분석된다.
이와 같은 실험 결과는 P/D의 값이 작을수록, 즉 홈이 촘촘히 설치된 경우가 높은 열전달계수 값을 가지는 경향을 나타냄을 보여준다.

참고문헌 (14)

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Baughn, J. W. and Yan, X., 1991, 'Liquid Crystal Methods in Experiemental Heat Transfer,' Proceedings, 32nd Heat Transfer and Fluid Mechanics Institute, pp. 15-40
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Limpert, R., 1992, 'Brake Design and Safety,' SAE, Warrendale, pp. 111-143

저자의 다른 논문 :

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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