[논문]디젤엔진 배기 가스 유량 측정용 삼각 분리 막대형 차압유량계 유량 특성 연구

이충훈; 김광일; 김민창; 박동선

문제 정의

고온 가스 유동 조건에서 유량계 특성을 연구하기 위하여 연소기를 설계하고 제작하였다. 연소기는 Fig.
Annubar® 형 차압유량계는 상류부에는 유동이 흐르는 단면에서의 평균 전압 (total pressure)이 작용하고 후류부에는 평균 정압 (static pressure)이 작용하여 그차압을 이용하여 유량을 측정한다. 본 연구에서는 디젤 엔진 배출 가스 유량 측정에 적용하기 위한 삼각 분리 막대형 유량계를 설계하고 제작하였다. 본 연구에서 개발한 삼각 분리막 대형 차압 유량계는 측정 원리는 Annubar® 형과 유사하며, 다른 특징은 배출 가스에 의한 전압 및 차압의 평균 압력이 작용하는 분리 공간 형상을 일체형 삼각형 형태로 가공하여 간결한 형상을 가지며 유량계 조립 및 유지 보수가 간단하다는 것이다.
연소기 내부에 있는 스월러는 연료와 공기의 혼합을 일차적으로 담당하는 매우 중요한 부품이다. 본 연구에서는, 스월러에서 연료와 신선 공기의 연소가 충분히 이루어지도록 노력하였다. 가정용 보일러의 연소기에 내장된 스태빌라이저 대신 강제적으로 원하는 형태의 스월을 생성시키기 위하여 블록 타입의 스월러를 사용하고 있다.
7mm 로 똑같게 설계하였고 유동이 흐르는 방향의 유선형 각도는 각각, 45°, 37S, 32°로 하였다. 유량계의 유선형 설계가 전압과 정압간의 차압에 얼마나 영향을 미치는지 파악하기 위해 이와 같이 설계하였다. Fig.

제안 방법

(1) 기존의 Annubar® 형 차압유량계의 형상을 개선한 삼각 분리 막대형 차압 유량계를 설계하고 제작하였으며 단면의 유선형 각도가 다른 3가지 형상으로 제작하였다.
(3) 고온 가스 조건에서 유량계를 검정하기 위해 연소기를 제작하여 유체 온도를 높여 검정하였으며 삼각 분리 막 대형차압 유량계의 질량 유량과 온도 및 차압 관계식을 도출하였다.
유량계의 유선형 설계가 전압과 정압간의 차압에 얼마나 영향을 미치는지 파악하기 위해 이와 같이 설계하였다. Fig. 2에 나타낸 것과 같이 상류부에 전압, 후류부에 정압이 작용하도록 하도록 하기 위해 1mm 직경의 구멍을 가공하였으며 유동 단면에서의 평균 압력이 작용할 수 있도록 막대 길이 방향으로 위치를 달리하여 4개를 가공하였다.
4는 냉 간 조건에서 유량계를 검정한 결과를 나타낸 것으로 삼각 분리 막대형 차압유량계에서 측정한 차압 변화에 대해 질량 유량을 각각 나타낸 것이다. Fig. 2에서 나타낸 것과 같이 3 종류의 삼각 분리 막대형 차압 유량계를 바꾸어 조립하면서 검정 실험을 실시하였다. Fig.
m*, △P*, t*는 각각, 삼각 분리 막대형 차압 유량계를 통과하는 가스의 질량유량, 차압, 가스 온도를 무차원화 파라미터를 나타낸 것이다. 고온 조건에서의 삼각 분리 막대형 차압 유량계실험 데이터를 전술한 정의에 의해 무차원화하여 m*, A*, P T* 데이터 조합을 구한다. 1개의 독립 변수를 사용하는 경우의 관계식을 구하는 것은 일반적인 그래픽 소프트웨어에 내장하고 있어서 손쉽게 추정 곡선을 구할 수 있으나, 2개 이상의 독립변수를 포함하는 관계식을 구하는 것은 매우 어렵다.
본 연구에서 개발한 삼각 분리막 대형 차압 유량계는 측정 원리는 Annubar® 형과 유사하며, 다른 특징은 배출 가스에 의한 전압 및 차압의 평균 압력이 작용하는 분리 공간 형상을 일체형 삼각형 형태로 가공하여 간결한 형상을 가지며 유량계 조립 및 유지 보수가 간단하다는 것이다. 냉간 유동 조건에서 삼각 분리 막대형 유량계와 층류 유량계를 직렬로 연결하고 유량을 검정하였다. 아울러 연소기를 제작하여 경유를 연소시킴으로써 매연이 포함된 고온의 가스를 대량으로 생성하였으며 본 유량계를 고온의 가스 유동 중에 노출시킨 조건에서 실험 조건을 바꾸어 가면서 유량계의 유량 특성을 연구하였다.
1에 나타낸 것과 같으며 둥근 삼각형 형상의 튜브를 조립하였다. 본 연구에서 개발한 삼각 분리 막대형 유량계는 Annubar® 형과 다르게, Fig. 2와 같이 유량계가 전체가 일체형으로 설계되었으며 압력이 작용하는 공간을 와이어 방전가공에 의해 삼각형 형태로 가공하였다. 또한, 삼각 분리 막대형 유량계는 주로 자동차 배기가스 유량 측정에 사용할 수 있도록 하기 위하여 형상이 간단하고 소형으로 설계하였으며 압력 작용 구멍이 막혔을 때 바로 분해 및 보수가 간단히 할 수 있도록 설계한 것이 특징이다.
3의 실험 장치를 사용하여 전술한 방법으로 연소기를 점화시켜서 가열한 후 2차 공기 공급량을 바이패스 밸브 개폐 위치를 조절하여 설정한다. 본 연구에서는 바이패스 밸브 위치는 바이패스밸브 차단 위치, 바이패스 밸브 1단 열림 위치, 바이패스밸브 2단 열림 위치 등 3단계로 제어하며 각 단계 순서로 2차 공급 공기량이 줄어들게 된다. 한편, 1차 공급 공기량은 모든 실험 조건에서 항상 0.
공기 혼합은 스월러에 의하여 이루어지므로 신선 공기공급 시스템의 유량 역시 스월러의 특성과 연관되어 결정된다. 본 연구에서는 연소기의 주연소 공기유량을 0.25m3/min 으로 일정하게 유지하였다. 점화 시스템은 연료.
2에 나타낸 것과 같이 마름모 형상을 하고 있는 삼각 분리 막대형 차압 유량계 3 종류를 제작하였다. 삼각 분리 막대형 차압 유량계 형상 I, Ⅱ, Ⅲ 각각의 유동 단면에서의 폭은 모두 12.7mm 로 똑같게 설계하였고 유동이 흐르는 방향의 유선형 각도는 각각, 45°, 37S, 32°로 하였다. 유량계의 유선형 설계가 전압과 정압간의 차압에 얼마나 영향을 미치는지 파악하기 위해 이와 같이 설계하였다.
냉간 유동 조건에서 삼각 분리 막대형 유량계와 층류 유량계를 직렬로 연결하고 유량을 검정하였다. 아울러 연소기를 제작하여 경유를 연소시킴으로써 매연이 포함된 고온의 가스를 대량으로 생성하였으며 본 유량계를 고온의 가스 유동 중에 노출시킨 조건에서 실험 조건을 바꾸어 가면서 유량계의 유량 특성을 연구하였다.
출구 부근에서의 연소가스 온도 등의 데이터를 PC와 NI 사 DAQ보드(PXI-6251M)에 의해 기록하였다. 우선 연소기로 공급되는 연료의 연료압을 조절하여 공급연료량을 설정하고 나머지 실험 조건은 고정된 상태에서 전술한 과정을 반복하여 실시하였다.
온도, 차압에 대한 무차원화가 필요하다. 유량계 차압 의무차원 화를 위해서 냉간 유동 조건에서 바이패스 밸브를 차단하고 측정한 Type I 삼각 분리 막대형 유량계에서의 차압을 기준 압력으로 사용하였다. 실험을 통하여 얻어진 유량계에서의 차압 는 5217 Pa이다.
2 K 로 무차원화 하였다. 질량유량 무차원화는 냉간 유동의 바이패스 밸브 차단 조건에서 측정한 Type I 삼각 분리막대형 차압 유량계의 차압 △P=5217 Pa 에 대응하는 질량 유량 410(kg/h)으로 나누어서 무차원화 하였다. m*, △P*, t*는 각각, 삼각 분리 막대형 차압 유량계를 통과하는 가스의 질량유량, 차압, 가스 온도를 무차원화 파라미터를 나타낸 것이다.
본 연구에서는 바이패스 밸브 위치는 바이패스밸브 차단 위치, 바이패스 밸브 1단 열림 위치, 바이패스밸브 2단 열림 위치 등 3단계로 제어하며 각 단계 순서로 2차 공급 공기량이 줄어들게 된다. 한편, 1차 공급 공기량은 모든 실험 조건에서 항상 0.25m3/min 로 항상 일정하게 유지하였다 충분히 워밍업이 된 후 1차 공급 공기를 0.25m3/min 으로 고정하고 2차 공급 공기량을 결정하는 바이 패스 밸브 위치를 고정시킨 조건에서 연료량을 조절하면서 삼각 분리막 대형 차압 유량계를 검정하였다. 즉, 연료량 공급을 정상 상태로 유지하기 위해 연료압 조절 밸브를 조절하여 일정량의 연료가 노즐로 공급되는 조건을 유지한 상태에서 층류 유량계에서의 차압 및 공기 온도, 삼각 분리막대형 차압 유량계에서의 차압, 정압, 입 .

대상 데이터

본 연구에서 사용한 블로어의 용량의 한계로 인해 최대 7m3/min 까지 측정하였다. 7m3/min 유량은 엔진 배기량 7 ℓ/정격 회전수 2000rpm 에 대응할 수 있는 것으로 본 실험 데이터는 U 엔진 모터링 시험시의 모든 운전범위를 커버할 수 있는 유량 범위이다. Fig.
본 연구에서는 Fig. 2에 나타낸 것과 같이 마름모 형상을 하고 있는 삼각 분리 막대형 차압 유량계 3 종류를 제작하였다. 삼각 분리 막대형 차압 유량계 형상 I, Ⅱ, Ⅲ 각각의 유동 단면에서의 폭은 모두 12.
노즐의 유량 선정은 공급 공기량에 따라 적절한 연료량 을 공급할 수 있도록 선정하여야 한다. 분사되는 연료가 연소되어 생성하는 이론적인 단열 화염 온도보다 실제로 약 2040% 정도 낮은 가스 온도가 생성되는 것을 고려하여 선정한다.
악영향을 끼치게 된다. 연료와 공기의 혼합을 위하여 노즐은 중공 원뿔 형상(hollow cone type) 의 분무 패턴을 갖는 노즐을 사용하였으며 분무각은 60°이다. 연소기 내부에 있는 스월러는 연료와 공기의 혼합을 일차적으로 담당하는 매우 중요한 부품이다.
설계하고 제작하였다. 연소기는 Fig. 3에 나타낸 것과 같이 연료 노즐, 점화 장치, 연소 가스 믹싱 라이너(mixing liner), 스월러, 연료 차단 밸브 1차 공기 공급 통로 2차 공기공급을 위한 삼지관 등으로 구성된다. 노즐은 화염에 의하여 가열과 냉각이 반복되어도 정상적인 작동이 가능하도록 내구성이 보장되어야 한다.

이론/모형

1개의 독립 변수를 사용하는 경우의 관계식을 구하는 것은 일반적인 그래픽 소프트웨어에 내장하고 있어서 손쉽게 추정 곡선을 구할 수 있으나, 2개 이상의 독립변수를 포함하는 관계식을 구하는 것은 매우 어렵다. 본 연구에서는 m* 를 두 개의 독립 변수 △*, !> T로 나타내는 추정 곡선 (curve fitting)의 관계식을 구하기 위해 SlideWrite® 라는 전용 소프트웨에9]를 사용하였다. SlideWrite®를 이용하여 추정 곡선을 구하기 위해서는 우선 실험 데이터 경향을 살펴 보아야 하는데, 2개의 독립변수 △*, ? T* 에 대해 m* 를 선형적 특성 또는 다항식으로 나타낼 수 있는지 미리 파악한 후 구해야 할 계수를 포함하는 추정 관계식을 입력 하여야 한다.

성능/효과

(2) 냉간 조건에서 성능 평가 실험을 실시한 결과 형상이 유선형에 가까울수록 동일 유량 통과시 삼각 분리 막대형차압 유량계 상하류에서 각각 측정한 입력간의 차압이 상대적으로 작은 값을 나타내었다.
본 연구에서는 디젤 엔진 배출 가스 유량 측정에 적용하기 위한 삼각 분리 막대형 유량계를 설계하고 제작하였다. 본 연구에서 개발한 삼각 분리막 대형 차압 유량계는 측정 원리는 Annubar® 형과 유사하며, 다른 특징은 배출 가스에 의한 전압 및 차압의 평균 압력이 작용하는 분리 공간 형상을 일체형 삼각형 형태로 가공하여 간결한 형상을 가지며 유량계 조립 및 유지 보수가 간단하다는 것이다. 냉간 유동 조건에서 삼각 분리 막대형 유량계와 층류 유량계를 직렬로 연결하고 유량을 검정하였다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

디젤엔진 배기 가스 유량 측정용 삼각 분리 막대형 차압유량계 유량 특성 연구
A Study on Flow Characteristics of a Separate Triangular Bar Differential Pressure Flow Meter for Measuring Exhaust Flow Rate of Diesel Engine 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

디젤엔진 배기 가스 유량 측정용 삼각 분리 막대형 차압유량계 유량 특성 연구 A Study on Flow Characteristics of a Separate Triangular Bar Differential Pressure Flow Meter for Measuring Exhaust Flow Rate of Diesel Engine 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이충훈 (30) 김광일 (1) 박동선 (4)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

디젤엔진 배기 가스 유량 측정용 삼각 분리 막대형 차압유량계 유량 특성 연구
A Study on Flow Characteristics of a Separate Triangular Bar Differential Pressure Flow Meter for Measuring Exhaust Flow Rate of Diesel Engine 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper