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문제 정의
- 따라서 내부 유동 가시화와 정확한 수류 형성 원리의 파악을 위해 유동해석의 필요성이 대두 되었다. 본 연구에서는 비데 용 물 분사 노즐의 개발과정에 유동해석을 도입하여 실험에 의한 개발과정에서 발생하는 비용과 시간을 절약하고, 실험만으로는 파악하기 힘든 미소 유로내의 유동현상을 가시화함으로써 목표 성능을 만족하는 설계변수를 도출하며 좀 더 체계적인 개발과정을 수립하고자 하였다.
- 본 연구의 결과 노즐 끝 단면의 동일 반경 상에서 균일한 회전 강도 분포를 갖는 물 분사용 비데 노즐 시스템 설계안을 도출하였다. 회전강도 분포를 균일하게 하기 위해 회전수류유로를 두 개로 분기하였으며 분기된 두 유로의 유동 저항을 조절하여 각 유로에 흐르는 유량이 대칭이 되도록 하였다.
- 소비자들의 다양한 취향을 만족시키기 위해서는 여러가지 형태의 물 분사가 가능한 시스템의 개발이 필수적이며 각 제조사들은 저마다의 기술력과 경험으로 고유한 물 분사 시스템을 확보하고 있다. 일본 등 선진업체에 비해 그 출발이 늦었던 국내 비데 제조업체 또한 그 시장 확대를 위해 많은 노력을 경주하고 있으며, 그 일환으로 본 연구에서는 안정된 회전성분을 갖는 수류를 형성하기 위한 물 분사 노즐의 개발을 그 목적으로 하고 있다.
- 노즐 끝단의 출구 경계조건은 1기압의 일정압력 조건을 사용하였다. 직선수류 유로와 회전수류 유로에 흐르는 유량의 합계는 1.58X10-5 m3/sec 이며, 그 상대적인 양으로부터 수류의 세부 특성을 조절하고자 하였다.
- 노즐로부터 분사된 물줄기의 형태는 노즐 끝단의 유동 형태 외에 유량, 웨버 수 (weber number), 레이놀즈 수 (reynolds number) 등 많은 변수에 영향을 받는 복잡한 물리적 현상이므로[4, 5] 분사된 물줄기 거동의 정확한 예측을 위해서는 자유계면이나 액적의 미립화(atomization) 해석 등 보다 정밀한 수치적 접근이 필요하다. 하지만 본 연구의 목표는 안정된 회전력을 갖는 분사 시스템 개발에 있으므로 순수한 유동해석 적 접근만으로도 만족할 만한 결과를 얻을 수 있었다. 실제 해석과 실험이 병행된 연구 과정 중에 노즐 끝단의 회전력이 증가할수록 분사된 물줄기의 퍼짐 정도가 이에 비례하여 증가하는 것을 확인하였으며, 따라서 물줄기의 분사 형태는 노즐 끝단의 유동 상태에 많은 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었다.
가설 설정
- 최종 설계안(Fig. 1(b))의 해석에 사용된 입구 경계조건은 Table 1과 같고, 유동은 입구에서 완전 발달되었다고 가정하였다. 노즐 끝단의 출구 경계조건은 1기압의 일정압력 조건을 사용하였다.
- 물(water)의 표준상태 물성을 사용하여 해석하였으며, 모든 현상은 정상상태(steady state)로 가정하였다.
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