선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 디젤-가솔린 혼합연료의 거시적 분무특성을 관찰하기 전에 실험연료의 혼합안정성과 물성에 관한 실험적 연구를 선행하였다. 혼합안정성은 디젤 및 가솔린 연료의 혼합비율과 저장 조건에 따라 두 연료 상(phase)의 분리 유무로 판단하였다.
- 본 연구에서는 디젤-가솔린의 혼합연료에서 가솔린 혼합비율에 따른 거시적인 분무특성(분무도달거리, 분무각, 분무면적)을 실험적으로 규명하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- Fig. 8(a), (b)는 통전기간(teng=1.3 ms)을 동일시 하고 분사 후 시간(tasoi=0.7 ms, 1.0 ms)의 변화에 따라 MATLAB기반으로 작성된 분무 영상 분석 프로그램을 사용하여 분사 된 액적의 최 외곽 지점을 흑과 백으로 구분하여 실제 영상과 가장 유사한 영상을 필터링 과정(Gaussian_Threshold Factor)을 통해 분무각을 취득하도록 하였다. 단일연료(디젤, 가솔린)와 가솔린 혼합비율의 분구각 차이가 크지 않았으며, 분사 후 시간(tasoi=1.
- 표면장력은 표면장력계(Ito, 514-B2)를 사용하여 측정할 수 있었다. 가솔린 혼합비율에 따른 거시적인 분무특성(분무도달거리, 분무각)을 비교분석하기 위하여 분무 가시화 장치를 이용하여 분무영상을 취득하였다. 체적 비율 변화에 따른 디젤-가솔린 Fig.
- 혼합안정성은 디젤 및 가솔린 연료의 혼합비율과 저장 조건에 따라 두 연료 상(phase)의 분리 유무로 판단하였다. 디젤-가솔린 혼합연료의 점도는 회전식 다이얼 점도계(Brookfield, LVT)와 저점도 측정용 어댑터(UL adapter, Brookfield, ULA-36)를 이용하여 측정하였으며, 실험연료의 질량과 부력을 이용하여 비중을 측정하였다. 표면장력은 표면장력계(Ito, 514-B2)를 사용하여 측정할 수 있었다.
- 분무 거동 형상 분석을 위해 고속 카메라(Photron, Fastcam-APX RS)와 2개의 메탈 할레이드 램프(Photron, HVC-SL, 150W)를 이용하여 분무 거동 영상을 취득하였다. 디지털 신호발생기(Berkeley Nucleonics Corp, Model 575)를 이용하여 인젝터 드라이버의 분사 신호와 고속 카메라의 영상 신호를 동기화 하여 분무 영상을 취득하였으며, 취득된 분무영상은 영상 분석 프로그램(PFV_330)을 통해 분석하였다. 분위기 압력의 조절을 위해 최대 4 MPa까지 가압할 수 있는 정적 체임버를 이용하였으며, 불활성 기체인 질소가스를 이용해 분위기 압력을 조절하였다.
- 따라서 본 연구에서는 디젤-가솔린 혼합연료의 가솔린 혼합비(20%, 40%, 60%, 80%)에 따른 혼합연료의 안정성과 연료 물성치(점도, 밀도, 표면장력)를 측정·분석하고, 고압분사 조건에서 분무 도달 거리 및 분무각과 같은 거시적인 분무특성을 측정하여 비교 분석하였다.
- 본 실험에서는 디젤-가솔린 혼합연료의 거시적 분무특성(분무도달거리, 분무각)을 분석하기 위하여 Fig. 1과 같은 고압분사장치 및 분무가시화장치, 분무 영상 취득·분석 장치를 이용하였다.
- 인젝터는 인젝터 드라이버(TEMS, TDA-3200H)를 사용하여 분사기간 및 통전기간을 제어하였다. 분무 거동 형상 분석을 위해 고속 카메라(Photron, Fastcam-APX RS)와 2개의 메탈 할레이드 램프(Photron, HVC-SL, 150W)를 이용하여 분무 거동 영상을 취득하였다. 디지털 신호발생기(Berkeley Nucleonics Corp, Model 575)를 이용하여 인젝터 드라이버의 분사 신호와 고속 카메라의 영상 신호를 동기화 하여 분무 영상을 취득하였으며, 취득된 분무영상은 영상 분석 프로그램(PFV_330)을 통해 분석하였다.
- 4는 디젤-가솔린 혼합연료에서 20%씩의 가솔린 체적비율 변화에 따른 분사유량 특성을 나타낸 것이다. 분사압력과 분위기압력은 각각 80 MPa, 0.1 MPa이며 3000회씩 2회 분사하여 평균값을 이용하였다. 통전기간 0.
- 디지털 신호발생기(Berkeley Nucleonics Corp, Model 575)를 이용하여 인젝터 드라이버의 분사 신호와 고속 카메라의 영상 신호를 동기화 하여 분무 영상을 취득하였으며, 취득된 분무영상은 영상 분석 프로그램(PFV_330)을 통해 분석하였다. 분위기 압력의 조절을 위해 최대 4 MPa까지 가압할 수 있는 정적 체임버를 이용하였으며, 불활성 기체인 질소가스를 이용해 분위기 압력을 조절하였다.
- 2은 가솔린 혼합비율에 따른 상분리 변화를 관찰하여 그 상태를 나타낸 사진이다. 연료의 혼합 안정성은 혼합연료의 저장 조건(공기와의 접촉유무) 및 가솔린 혼합비율, 저장 시간의 경과에 따라 혼합연료의 상분리(phase separation) 유무를 관찰하였다. 그림에서 보는 바와 같이 다양한 실험 조건의 변화에도 불구하고 디젤-가솔린 혼합연료는 상분리 없이 안정적으로 저장되고 있음을 관찰할 수 있었다.
- 5(a), (b)는 Bosch법을 이용하여 제작한 분사율 측정 장치에서 압력 3 MPa의 관속에 분사 압력 Pinj=80 MPa의 압력으로 분사하였을 경우 분사율 곡선을 나타낸 것이다. 이 경우 통전기간은 teng=0.7 ms, 1.3 ms이고 가솔린 혼합비율을 6가지로 변화시켜 실험하였다. Fig.
- 3 mm)에 공급하였다. 인젝터는 인젝터 드라이버(TEMS, TDA-3200H)를 사용하여 분사기간 및 통전기간을 제어하였다. 분무 거동 형상 분석을 위해 고속 카메라(Photron, Fastcam-APX RS)와 2개의 메탈 할레이드 램프(Photron, HVC-SL, 150W)를 이용하여 분무 거동 영상을 취득하였다.
- 3 ms로 나누어 비교 실험하였다. 정확한 분무 거동 영상을 취득하기 위해 영상 취득 전 체임버 내 잔류가스는 완전히 제거한 후 반복실험을 수행하였다. 자세한 실험 조건은 Table 2에 나타내었다.
- 가솔린 혼합비율에 따른 거시적인 분무특성(분무도달거리, 분무각)을 비교분석하기 위하여 분무 가시화 장치를 이용하여 분무영상을 취득하였다. 체적 비율 변화에 따른 디젤-가솔린 Fig. 1 Schematic of the visualization system 혼합연료의 혼합비율은 Table 1에 나타내었으며, 분사압력과 분위기압력은 각각 80 MPa, 3 MPa로 고정하였다. 통전기간은 0.
- 1 Schematic of the visualization system 혼합연료의 혼합비율은 Table 1에 나타내었으며, 분사압력과 분위기압력은 각각 80 MPa, 3 MPa로 고정하였다. 통전기간은 0.7 ms, 1.3 ms로 나누어 비교 실험하였다. 정확한 분무 거동 영상을 취득하기 위해 영상 취득 전 체임버 내 잔류가스는 완전히 제거한 후 반복실험을 수행하였다.
- 본 연구에서는 디젤-가솔린 혼합연료의 거시적 분무특성을 관찰하기 전에 실험연료의 혼합안정성과 물성에 관한 실험적 연구를 선행하였다. 혼합안정성은 디젤 및 가솔린 연료의 혼합비율과 저장 조건에 따라 두 연료 상(phase)의 분리 유무로 판단하였다. 디젤-가솔린 혼합연료의 점도는 회전식 다이얼 점도계(Brookfield, LVT)와 저점도 측정용 어댑터(UL adapter, Brookfield, ULA-36)를 이용하여 측정하였으며, 실험연료의 질량과 부력을 이용하여 비중을 측정하였다.
데이터처리
- 분사율 측정은 BOSCH법(12)을 이용하였으며 관내 압력변화를 측정하기 위해 최대 20 MPa까지 측정할 수 있는 압력센서(KISTLER, 601A)를 사용하였으며, DAQ보드(National Instrument, NI 6013)를 통해 압력 및 전류신호를 취득하여 Labview 프로그램을 이용하여 분석하였다.
성능/효과
- Fig. 5(a)에서 보는 바와 같이 분사 후 시간 0.77 ms에서 단일연료(디젤, 가솔린) 최대 분사율의 차이가 18.31%로 나타났으며, 가솔린 혼합비율 G20과 G80의 차이에서는 12.27%의 최대 분사율 차이가 나타났다. Fig.
- 1) 디젤-가솔린 혼합연료에서 공기 접촉 유무 및 시간경과에 따른 혼합 안정성과 상변화 특성 을 관찰해 본 결과 상 분리 현상이 발생하지 않아 디젤-가솔린 혼합연료의 안정성을 확인 할 수 있었다.
- 2) 가솔린 혼합비율이 높아질수록 연료 물성치(밀도, 점도, 표면장력)가 선형적으로 낮아지는 경향을 나타내었다.
- 3) 디젤-가솔린 혼합연료의 분무도달거리는 인젝 터 통전시간이 증가함에 따라 특성을 연료 유 량은 증가하며, 인젝터 니들이 충분히 개방된 teng=0.7 ms로부터 분무도달거리의 차이가 증가 하였다.
- 4) 높은 분사압력으로 인해 시험연료간의 물성변 화에 따른 영향이 크게 미치지 않아 분무각의 차이가 크지 않게 나타났다.
- 3는 디젤-가솔린 혼합연료의 밀도, 점도, 및 표면장력을 단일연료 및 가솔린 혼합비율에 따라 비교 분석한 것이다. Fig. 3(a)에서 보는 바와 같이 가솔린 혼합비율이 증가함에 따라 혼합 연료의 밀도는 선형적으로 감소하였으며, 가솔린 혼합비율이 20%씩 증가할 때 마다 혼합연료의 밀도는 평균 2.96%씩 감소하였다. 이것은 두 연료의 혼합 시 혼합연료의 밀도는 ρmaix = Aρa +Bρb (A와 B는 a, b 각 연료의 혼합 비율, ρb, ρb는 a, b 연료의 밀도)에 따라 변하기 때문이다(13).
- 7은 가솔린 혼합비에 따른 분무 거동 이미지를 고속카메라를 통해 취득하였다. 가솔린 혼합비에 따른 분무거동 (분무도달거리, 분무각, 분무면적)의 큰 편차를 예상하였으나 가솔린 혼합비율에 따른 분무발달형태의 차이가 혼합비율에 큰 영향을 받지 않으며 순수디젤과 동일한 분무거동 이미지를 얻을 수 있었다.
- 분사량 특성과 동일하게 분사율 특성에서도 점성계수의 영향보다 밀도의 영향이 더 큰 것으로 판단된다. 가솔린 혼합비율에 따른 최대 분사율의 크기는 통전기간 (teng=0.7 ms)에서 (G20: 28.42 mg/ms, G40: 27.13 mg/ms G60: 26.22 mg/ms G80: 24.93 mg/ms)으로 평균 4.16%, 감소하였으며, 가솔린의 혼합비율이 디젤연료보다 분사지연 기간이 더 빨리 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 0 ms)의 변화에 따라 MATLAB기반으로 작성된 분무 영상 분석 프로그램을 사용하여 분사 된 액적의 최 외곽 지점을 흑과 백으로 구분하여 실제 영상과 가장 유사한 영상을 필터링 과정(Gaussian_Threshold Factor)을 통해 분무각을 취득하도록 하였다. 단일연료(디젤, 가솔린)와 가솔린 혼합비율의 분구각 차이가 크지 않았으며, 분사 후 시간(tasoi=1.0 ms)의 변화에서도 분무각의 차이가 미비한 것으로 나타났다. 이는 높은 분위기 압력으로 인해 시험연료간의 분무거동이 유사하여 분무각의 차이가 크게 나타나지 않는 것으로 판단된다.
- 5 ms까지 증가한 겨 경우 가솔린 혼합비율에 따라서 점차 분사유량이 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며, 통전기간이 늘어남에 따라 분사유량 역시 선형적으로 증가하였다. 또한, 통전기간이 짧은 0.7 ms에서는 가솔린 혼합비율에 따른 분사유량의 차이가 크지 않았으나 통전기간이 점차 증가함에 따라 가솔린 혼합비율에 따른 분사유량의 차이가 크게 나타났다. 가솔린 혼합비율에 따른 분사유량의 감소는 연료 물성치 특성과 동일하게 가솔린 혼합비율에 따라서 밀도가 감소하였기 때문이며, 낮은 통전기간 일수록 분사유량이 적은 이유는 연료 분사시 인젝터 니들이 열리는 시간이 짧아 연료의 유량차이가 미비하기 때문에 혼합비율에 따라 연료유량의 차이가 낮음을 알 수 있었다.
- 91%로 나타났다. 분사 지연기간(injection delay)은 통전기간의 변화(teng=0.7 ms, 1.3 ms)에 따라 디젤연료에서 가장 길게 나타났으며, 실제 분사기간 또한 디젤연료에서 가장 긴 것으로 나타났다. 분사량 특성과 동일하게 분사율 특성에서도 점성계수의 영향보다 밀도의 영향이 더 큰 것으로 판단된다.
- 한편, 혼합연료의 점도는 가솔린 혼합비율이 증가함에 따라 지수함수적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 순수 디젤연료에 가솔린 연료가 소량 혼합되었을 때는 점도의 낙폭이 약 33%로 컸으나, 가솔린 혼합비율이 증가함에 따라 점도의 감소폭도 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 가솔린 혼합에 따른 점도의 평균 감소율은 약 27%였다. Fig.
- 그림에서 보는 바와 같이 다양한 실험 조건의 변화에도 불구하고 디젤-가솔린 혼합연료는 상분리 없이 안정적으로 저장되고 있음을 관찰할 수 있었다. 이 실험결과를 바탕으로 디젤-가솔린 혼합연료는 연료 첨가제의 추가 사용없이 안정성을 확보할 수 있으며, 본 실험에 사용하기 적합한 것으로 판단하였다.
- 85%의 감소율이 나타났다. 이와 같은 물성특성에 관한 실험으로부터 가솔린 연료의 혼합비율이 증가함에 따라 연료의 밀도와 표면장력은 선형적으로 감소하고, 점도는 지수 함수적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
- 6은 분사 시작 후 시간의 변화에 따른 분무도달거리를 분석하였다. 인젝터 분사공이 열린 후 짧은 시간(teng=0.5 ms) 내에서도 높은 분사압력 및 연료물성(밀도, 점도) 의 영향으로 가솔린 혼합비율에 따른 분무도달거리가 짧게 나타났다. 또한, 단일연료(디젤, 가솔린) 및 가솔린 혼합비율의 변화에 따른 분사 후 시간(teng=0.
- 1 MPa이며 3000회씩 2회 분사하여 평균값을 이용하였다. 통전기간 0.7 ms에서 1.5 ms까지 증가한 겨 경우 가솔린 혼합비율에 따라서 점차 분사유량이 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며, 통전기간이 늘어남에 따라 분사유량 역시 선형적으로 증가하였다. 또한, 통전기간이 짧은 0.
- 한편, 혼합연료의 점도는 가솔린 혼합비율이 증가함에 따라 지수함수적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 순수 디젤연료에 가솔린 연료가 소량 혼합되었을 때는 점도의 낙폭이 약 33%로 컸으나, 가솔린 혼합비율이 증가함에 따라 점도의 감소폭도 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 가솔린 혼합에 따른 점도의 평균 감소율은 약 27%였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.