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승용차의 제상 및 성에 제거 성능 평가를 위한 수치해석적 연구
Numerical Study on the Performance Assessment for Defrost and De-Icing Modes 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.35 no.2 = no.305, 2011년, pp.161 - 168  

김윤기 (부산대학교 기계공학과) ,  양장식 (부산대학교 화력발전에너지분석기술센터) ,  김경천 (부산대학교 기계공학과) ,  지호성 (부산대학교 기계공학과)

초록
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HVAC(Heating, Ventilating, Air Conditioning) 시스템은 승객실 내부의 열환경을 제어하여 쾌적성을 향상시키거나 전면 유리창에 생성된 성에를 제거하여 운전자의 가시영역을 확보하는 등 차량의 성능과 관련된 매우 중요한 기능을 담당한다. 본 연구에서는 CFX 를 사용하여 HVAC 시스템의 기능 중 제상 덕트의 성능과 관련된 수치해석적 연구를 수행하였다. 제상덕트의 해석결과, 출구에서의 유량배분특성 및 유동구조는 일반적인 설계주안점에 부합된 양호한 결과를 얻었다. 외부온도 $-18^{\circ}C$ 하에서 물의 잠열인 $3.37{\times}10^5$[J/kg]을 고려한 상변화 과정을 수치적으로 모사하기 위하여 열용량법을 사용하였고, 시간에 따른 제상패턴 해석을 위해 얼음과 유리의 고체도메인에 대한 추가적인 격자 생성 작업이 필요하였다. 유동해석 결과, 전면유리 근처의 유동구조, 유적선, 온도장 해석결과는 본 연구에서 수행한 제상덕트 모델이 우수한 성능으로 제상기능을 수행할 수 있음을 보였으며, 수치해석적 결과는 실험적 결과와 비교하여 제상패턴이 잘 일치함을 확인하였다. 또한 전면유리 상의 4 개의 지점에서 얻어진 온도, 물분율, 엔탈피의 시간에 따른 변화를 통해 상변화 과정을 정량적으로 파악하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The heating, ventilating, air conditioning (HVAC) system is a very important part of an automotive vehicle: it controls the microclimate inside the passenger's compartment and removes the frost or mist that is produced in cold/rainy weather. In this study, the numerical analysis of the defrost duct ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 제상 덕트 내부 유동해석을 통해 덕트의 압력강하를 구하고, 덕트 출구에서의 속도 분포를 이용하여 자동차 내부 제상모드에서의 유동구조 및 열용량법(enthalpy method)을 이용한 성에제거 과정을 수치적으로 모사하였고, 덕트 시스템이 제상 조건을 만족하는지 여부를 평가하여 이를 실험적 연구결과와 비교함으로써 연구결과의 신뢰도를 높였다.

가설 설정

  • 외기 온도 및 초기 온도는 -18℃로 가정하였고, 유동장의 출구조건은 대기압력을 부여하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
노즐 충돌각 변화에 따른 윈드쉴드 면의 유동특성을 연구한 결과 무엇이 중요함을 밝혔는가? Kim(2)등은 성에 제거 성능 향상과 관련된 노즐 충돌각 변화에 따른 윈드쉴드 면의 유동특성을 실험적 방법을 통하여 연구하였다. 그들은 유동저항이 최소화 되도록 노즐 수축부 형상을 설계하여 유동장의 평균속도분포와 유동구조를 실험적으로 고찰하고, 윈드쉴드의 원활한 제상을 위해 높은 유출계수와 확산폭이 작은 분류를 형성하도록 설계하는 것이 중요함을 밝혔다. Kim 등(3)은 제상 덕트 입구 가이드 베인의 형상에 따른 유동특성을 실험적으로 규명하고, 유동형태를 가시화함으로써 최적의 성능을 갖는 덕트 형상을 제안하였다.
동절기 차량에 발생하는 성에는 운전자에게 어떠한 문제를 야기하는가? 동절기 차량 전면과 측면유리에서 발생하는 성에는 운전자의 전방시야 확보에 장애요소로 작용하여 주행안정성에 지배적 영향을 미치므로 이를 적절하게 제거하지 않으면 운전자에게 상당한 부담요소로 작용하게 된다.(1) 이러한 경우, 자동차 내부 공조장치 운전모드 중 제상모드를 가동하여 강제적으로 성에를 제거하면 운전자의 시야확보에 큰 도움이 된다.
성에로 인하여 제한된 운전자의 시야확보를 확보하기 위하여 무엇을 이용하는가? 동절기 차량 전면과 측면유리에서 발생하는 성에는 운전자의 전방시야 확보에 장애요소로 작용하여 주행안정성에 지배적 영향을 미치므로 이를 적절하게 제거하지 않으면 운전자에게 상당한 부담요소로 작용하게 된다.(1) 이러한 경우, 자동차 내부 공조장치 운전모드 중 제상모드를 가동하여 강제적으로 성에를 제거하면 운전자의 시야확보에 큰 도움이 된다. 선진국에서는 MVSS103 이나 C 또는 SAE standard 등 제상성능과 관련된 규정을 제정하여 특정한 환경 하에서 승용차의 유리 면에 생성된 성에가 일정 시간 내에 제거되는 검증을 통과한 제품만 판매할 수 있도록 규제하고 있다.
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참고문헌 (7)

  1. Youn, Y.M., Kader, M.F., Lee, K.B. and Jun, Y.D., 2008, “Numerical Study on Control Factors of Defrosting Performance for Automotive Windshield Glass in Winter,” SAREK, Vol 20, No. 12, pp. 789-794 

  2. Kim, D.K., Kim, H.J., Lee, J.K. and Rho, B.G., 2007, “An Experimental Study on the Flow Characteristics with the Impinging Angles of Defrost Nozzle Jet Inside a Vehicle Passenger Compartment,” Trans. of KSME(B), Vol. 31, No. 12, pp. 1024-1032 

  3. Kim, D.J. and Lee, J.K., 2008, “Effects of an Inlet Guide Vane on the Flowrate Distribution Characteristics of the Nozzle Exit in a Defrost Duct System,” Trans. of the KSAE, Vol. 16, No. 4, pp.88-96. 

  4. Kang, S.H., Lee, J.H. and Byun, J.S., 2007, “3D Unsteady Numerical Analysis to Design Defrosting System of Automotive Windshield Glass,” Trans. of the KSAE, Vol. 15, No. 5, pp.1-8. 

  5. Park, M.S., Hwang, J.E. and Park, W.G. and Jang, K.Y., 2003, “Numerical Study of Defrost Phenomenon of Automobile Windshield,” Trans. of the Korean Society of Automotive Engineers, Vol.11, No. 2, pp.157-163 

  6. Kim, D.H., Lee, J.I., Roh, S.K. and Lee, M.S., 1995, “Performance Improvement of Automotive Defrost Duct Using CFD,” Proceeding of Spring Conference of KSAE, pp. 177-185 

  7. Park, S.K., Ahn, B.J. and Kim, C.S., 2002, “A Study of Windshield Defrosting Characteristics through Numerical Computation of Internal Cabin Flow,” Proceeding of the KAMES 2002 Joint Symposium (KSAE), pp.1095-1100 

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