[논문]공기구동 이젝터의 노즐 형상과 위치 변화에 따른 성능 특성

지명국; 김필환; 박기태; 토니우토모; 정한식; 정효민

doi:10.5916/jkosme.2008.32.4.550

공기구동 이젝터의 노즐 형상과 위치 변화에 따른 성능 특성
Performance Characteristics of Air Driven Ejector According to the Position Changes and the Shape of Driving Nozzle 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.32 no.4, 2008년, pp.550 - 556

지명국 (경상대학교 대학원 정밀기계공학과) , 김필환 (경상대학교 대학원 정밀기계공학과) , 박기태 (경상대학교 대학원 정밀기계공학과) , 토니우토모 (경상대학교 대학원 정밀기계공학과) , 정한식 (경상대학교 정밀기계공학과, 해양산업연구소) , 정효민 (경상대학교 정밀기계공학과, 해양산업연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of this research is to analyze the influence of motive pressure, driving nozzle position and nozzle throat ratio on the performance of ejector. The experiment was conducted in the variation of motive pressure of 0.196, 0.294, 0.392 and 0.490MPa respectively. The position of driving nozzle was varied in difference locations according to mixing tube diameter(0.5d, 1d, 2d, 3d, 4.15d, 5d and 6d). The experimental results show when the nozzle outlet is located at 3d, the flow characteristics change abruptly. It is shown that the suction flow rate and pressure lift ratio of ejector is influenced by the driving nozzle position. At nozzle position location of the Id of mixing tube diameter the performance of ejector gives the best performance.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 기체 이젝터에 관한 연구는 다음과 같이 크게 대별할 수 있다. 노즐출구와 디퓨저목간의 면적비에 의한 영향, 구동압력 감소에 대한 흡입압력의 영향, 목에서의 구동기체와 흡입기체의 혼합과정 등의 많은 연구 결과를 확인할 수 있다[3]-[10]이, 이에 본 연구에서는 실제 이젝터를 제작, 공기를 구동 유체로 사용하여 이젝터 내부 압력 분포 및 흡입 성능을 구동 노즐의 형상과 축방향 위치에 따른 특성을 파악하여 향후 선박용 조수기의 이젝터 설계 시 기초자료로 활용하고 이젝터 시스템 내부 유동에 관한 수치해석의 기본 자료로 활용하고자 한다.
본 연구에서는 일정 단면적 이젝터를 사용하여 실험을 진행하였다. 이는 제작상의 용이성과 이젝터 자체의 구동 특성을 파악하고자 하였으므로 일정 단면적 이젝터를 사용하여도 성능을 파악함에 있어 충분한 검토가 가능하므로 이를 택하였다.

제안 방법

이는 이젝터 전후의 장치에 의한 성능저하 또는 과성능으로 이젝터 자체의 성능을 파악함에 있어 변수를 최소화하기 위함이다. 또한 흡입부의 홉입공기량 측정을 위하여 "KS B 6017 증기 분사 공기 이젝터 성능 시험 방법'의 규격에 따른 흡입공기량 측정용 오리피스(B type)를 제작하여 흡입공 입구에 설치하여 흡입공기량을 계산하였다[13].
1은 실험장치의 전경을 보여준다. 구동 유체를 196kPa~490kPa의 압력 범위 내에서 구동압력별 특성을 알아보기 위해 동일한 간격(196, 294, 392, 490kPa)으로 변화시키면서 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 구동압력의 범위는 구동압력이 고압일 경우 이젝터 자체 성능에 의한 흡입 및 토출 등의 값들을 도출하기보다는 압력에 의한 영향이 커지는 것을 피하기 위하여 위와 같은 범위의 압력을 사용하였다.
실험에 사용된 구동압력의 범위는 구동압력이 고압일 경우 이젝터 자체 성능에 의한 흡입 및 토출 등의 값들을 도출하기보다는 압력에 의한 영향이 커지는 것을 피하기 위하여 위와 같은 범위의 압력을 사용하였다. 또한 구동노즐이 이젝터 축 방향에 대한 위치가 이젝터 성능에 미치는 영향을 알아보기 위하여 혼합부(Mixing section) 직경 d 에 대하여 1~6배에 상당하는 거리에 구동 노즐을 위치 시켜 각 위치에서의 압력을 측정하였다.
1은 Keenan 등이 제시한 이젝터의 형상 분류를 나타낸다. 본 연구는 실험에 의한 성능 해석이 주된 목적이므로 이젝터의 성능 해석에 필요한 이론식들은 언급하지 않으며, 다음의 식들을 이용하여 본 실험의 대상인 이젝터의 압력상승률과 흡입 공기량을 산출하였다. 압력상승률(RQe 다음의 식(1)[12]로 구할 수 있고 이젝터의 홉입 공기량의 산출은 노즐 전후의 압력비가 임계 압력비 (ic = 0.
성능이 우수하다는 결과를 었었다. 본 연구에서는 일정 단면적 이젝터를 사용하여 실험을 진행하였다. 이는 제작상의 용이성과 이젝터 자체의 구동 특성을 파악하고자 하였으므로 일정 단면적 이젝터를 사용하여도 성능을 파악함에 있어 충분한 검토가 가능하므로 이를 택하였다.
2는 실험 장치의 전체 배치도를 나타내며, 공기구동 이젝터의 구성은 크게 공급부, 실험 부로 구분된다. 실험의 진행은 구동유체인 공기를 공기압축기를 이용하여 저장탱크에 저장을 한 후 구동 노즐에 공급한다. 저장탱크와 구동노즐 사이에는 압력계가 설치되어 구동유체의 압력을 조절하였고 유동의 안정을 위해 충분한 직선구간을 설치하였다.
3에서 보는 바와 같이 정압 측정 공을 일정단면적부 2개소, 디퓨저부 3개소 그리고 출구부 3개소를 길이방향으로 설치하였다. 압력은 압력 트랜스듀스를 이용하여 측정하였다.
저장탱크와 구동노즐 사이에는 압력계가 설치되어 구동유체의 압력을 조절하였고 유동의 안정을 위해 충분한 직선구간을 설치하였다. 이젝터 혼합부에는 구동노즐의 축방향 위치에 의한 이젝터 성능 특성을 파악하기 위하여 구동 노즐의 거리를 조절할 수 있도록 제작하였다.

대상 데이터

구동 유체를 196kPa~490kPa의 압력 범위 내에서 구동압력별 특성을 알아보기 위해 동일한 간격(196, 294, 392, 490kPa)으로 변화시키면서 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 구동압력의 범위는 구동압력이 고압일 경우 이젝터 자체 성능에 의한 흡입 및 토출 등의 값들을 도출하기보다는 압력에 의한 영향이 커지는 것을 피하기 위하여 위와 같은 범위의 압력을 사용하였다. 또한 구동노즐이 이젝터 축 방향에 대한 위치가 이젝터 성능에 미치는 영향을 알아보기 위하여 혼합부(Mixing section) 직경 d 에 대하여 1~6배에 상당하는 거리에 구동 노즐을 위치 시켜 각 위치에서의 압력을 측정하였다.
75:1, L57:l이다. 실험에 사용된 이젝터에는 Fig. 3에서 보는 바와 같이 정압 측정 공을 일정단면적부 2개소, 디퓨저부 3개소 그리고 출구부 3개소를 길이방향으로 설치하였다. 압력은 압력 트랜스듀스를 이용하여 측정하였다.

성능/효과

7에 각각 나타내었다. 구동 노즐의 위치에 따른 흡입압력 분포를 살펴보면 2개의 노즐 모두 일정한 형태의 압력이 형성되는 것을 볼 수 있으며, 노즐 2의 경우 흡입압력이 490kPa일 때는 그 형태가 달라지는 것이 확인되었다. Fig.
또한 노즐의 출구 위치가 2d 이내에 위치할 경우는 그 위치에 따른 흡입 성능은 크게 차이가 나지 않았고 전체적인 이젝터의 성능을 살펴보면 노즐 2 가 Id에 위치하였을 경우가 가장 우수한 성능을 보였다. 다만, 노즐 출구 확대각이 15로 경사가 다소 크고 토출부 길이가 짧아 Effective area가 혼합부 전반에 걸쳐 그 형태를 유지하지 못하고 디퓨저로 전달되어 견인비가 형성되지 않았다.
확인하였다. 실험의 대상인 이젝터의 성능 특성은 모든 경우에서 일정한 형태를 가지고 압력 분포가 형성되는 것과는 달리 노즐 2에 있어 구동 압력이 490kPa일 경우 노즐 출구가 3d 이내에 위치할 경우 압력 상승률 및 흡입 압력, 흡입 유량이 급격히 변화하는 것을 확인할 수 있었다.
이젝터의 성능을 좌우하는 것은 구동노즐의 형상과 구동노즐 출구 확대각 및 구동노즐 출구의 위치임을 확인하였다. 실험의 대상인 이젝터의 성능 특성은 모든 경우에서 일정한 형태를 가지고 압력 분포가 형성되는 것과는 달리 노즐 2에 있어 구동 압력이 490kPa일 경우 노즐 출구가 3d 이내에 위치할 경우 압력 상승률 및 흡입 압력, 흡입 유량이 급격히 변화하는 것을 확인할 수 있었다.

후속연구

향후 수치해석을 진행할 경우 본 실험을 통한 결과를 토대로 노즐 출구의 위치를 2d 이내로 설정하여 해석의 조건을 줄일 수 있을 것이고 현재 실험은 노즐 출구의 위치가 혼합부 입구를 기준으로 음의 방향(- )에 대한 실험 결과이므로 해석 시 양의 방향에 대한 해석을 진행한다면 두 조건의 비교 해석도 가능 할 것이다.

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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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