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제안 방법
- 레이저 유속계 측정은 중간부분과 출구부분에서 3개의 서로 다른 각각의 축을 따라 실시하였다. 관측창1과 2는 각각 중간부분과 출구부분에서 하니콤 브릭 장축에 평행하고 입구 쪽으로 15 mm 떨어진 축에서의 주유동방향 속도 측정을 위해사용하였다. 관측창3과 4는 각각 중간부분과 출구부분에서 하니콤 브릭 장축에 평행하고입구반대쪽으로 15 mm 떨어진축에서의 주유동방향 속도 측정을 위해 사용하였다.
- 관측창1과 2는 각각 중간부분과 출구부분에서 하니콤 브릭 장축에 평행하고 입구 쪽으로 15 mm 떨어진 축에서의 주유동방향 속도 측정을 위해사용하였다. 관측창3과 4는 각각 중간부분과 출구부분에서 하니콤 브릭 장축에 평행하고입구반대쪽으로 15 mm 떨어진축에서의 주유동방향 속도 측정을 위해 사용하였다. 관측창5와 6은 각각 중간부분과 출구부분에서 하니콤 브릭 단축의 주유동방향 속도 측정을 위해 사용하였다.
- 레이저 유속계 측정은 중간부분과 출구부분에서 3개의 서로 다른 각각의 축을 따라 실시하였다. 관측창1과 2는 각각 중간부분과 출구부분에서 하니콤 브릭 장축에 평행하고 입구 쪽으로 15 mm 떨어진 축에서의 주유동방향 속도 측정을 위해사용하였다.
- 따라서 촉매 변환기의 내부 유동장 특성에 대하여 정확하게 이해하는 것은 매우 중요하다. 속도 분포는 3개의 서로 다른 축에서 각각 측정하여 비교하였다. 장축에 평행한 축과 단축에서의 속도분포는 변환기 벽에 가까워질수록 높은 값을 보이는 서로 비슷한 유동패턴을 나타내었다.
- 장축을 따라 형성되는 유동장 특징은 출구 위치의 영향을 많이받는 것이다. 속도측정은장축으로부터입구 쪽과 입구 반대쪽으로 각각 15 mm 떨어진 평행한 축에서 하였다. 중간부분에서 입구 반대쪽으로 15 mm 떨어진 위치의 측정값은 입구 쪽으로 15 mm 떨어진 곳의 값보다 크게 나타났다.
- 연구에서는 촉매 변환기의 입구(inlet)와 출구 (outlet)가 90o를 이루는 경우 변환기 내의 유동장 특성을 레이저 유속계(LDV)를 사용하여 37.8 l/s와 94.4 l/ s 유동영역에서 분석하였으며, 배기유량 변화가 유동 장에 미치는 영향을 고찰하였다. 본 연구를 통해 변환기 입구와 출구가 90o 꺾이는 경우 변환기 내의 유동장 분포에 대한 실험적인 자료를 시각적 관점에서 보여주고, 정량적인 면에서 유동특성을 이해하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
- 관측창은 양산되는 승용차용 촉매 변환기를 부분적으로 가공한 후 각각 설치하였다. 정면 관측창은 촉매 변환기의 중간부분과 출구부분의 장축(major axis)에 평행한 2축에서 주 유동방향 유동장 측정을 위하여 사용하였으며, 측면 관측창은 중간부분과 출구부분의 단축(minor axis)에서주 유동방향 유동장 측정을 위하여 사용하였다. Fig.
- 촉매 변환기 내 유동장의 특성을 효과적으로 분석하기 위하여 중간부분과 출구부분 각각 60곳에서 측정을 하였으며 데이터 율(data rate)은 1지점 당 1 khz 이었다. 각 측정지점의 정량적인 값은 유동패턴을 연구하는데 매우 귀중한 자료를 제공하며 특히, 효율적인 촉매 변환기 설계에 매우 유용하게 사용할 수 있다.
- 촉매 변환기 내의 유동장을 분석하기 위하여 레이저 유속계 측정을 정상상태 실험조건에서 수행하였다. 실험장치는 Fig.
- 촉매변환기에 필요한 유량을 공급하는 장치는 4단 원심 송풍기로서, 유량조절은 송풍기 하류에 설치된 트로틀플레이트(throttle plate)의 각도변환으로 하였다. 촉매 변환기에 공급되는 유량을 측정하기 위해 Meriam Laminar Air Flow Meter(Model 50MCZ-4)를 설치하였고, 송풍기에서 생성된 유량은 유량계를 통과하여 촉매 변환기로 공급되도록 하였다, 실험장치 구동 시온도가 일정해지는 정상상태가 될 때까지 약20분 동안 장치를 구동시켜 온도변화에 따른 실험의 부정확성을 배제하였다.
- 촉매 변환기의 입구와 출구가 90o 를 이루는 경우 변환기 내 유동장의 특성을 실험적 해석 연구를 수행하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 1에 나타낸 것과 같이 촉매 변환기와 정상상태 유동장을 만들기 위한 장치로 구성된다. 촉매변환기에 필요한 유량을 공급하는 장치는 4단 원심 송풍기로서, 유량조절은 송풍기 하류에 설치된 트로틀플레이트(throttle plate)의 각도변환으로 하였다. 촉매 변환기에 공급되는 유량을 측정하기 위해 Meriam Laminar Air Flow Meter(Model 50MCZ-4)를 설치하였고, 송풍기에서 생성된 유량은 유량계를 통과하여 촉매 변환기로 공급되도록 하였다, 실험장치 구동 시온도가 일정해지는 정상상태가 될 때까지 약20분 동안 장치를 구동시켜 온도변화에 따른 실험의 부정확성을 배제하였다.
- 관측창5와 6은 각각 중간부분과 출구부분에서 하니콤 브릭 단축의 주유동방향 속도 측정을 위해 사용하였다. 하니콤 브릭 장축에 평행한 축을 따라서는 측정지점간 거리를 5 mm로 하여 측정을 하였으며, 하니콤 브릭 단축을 따라서는 측정지점간 거리를 3 mm로 하여 측정을 하였다.
대상 데이터
- 레이저 유속계는 Coherent사 제품의 4와트 Ar-Ion 레이저와 TSI 제품의 렌즈, 신호 처리장치(digital burst correlator, IFA750), Bragg-cell frequency shifter, 이송장치 그리고 데이터 취득을 위한 컴퓨터 등으로 구성 하였다.
- 촉매 변환기는 내연기관의 배기관을 따라 장착된다. 본 연구에 사용된 촉매 변환기 내부는 배기유동의 통기저항이우수한다공성의세라믹하니콤브릭(ceramic honeycomb brick) 구조로 되어있으며, 세라믹 통로의 표면은 촉매 물질이 포함되어 있다. 촉매는 화학반응에 필요한 에너지를 줄여 화학반응을 가속시키며 유해 배기가스의 산화를 촉진시킨다.
- 즉, 입자는 유체유동을 정확하게 따라가야 하며 속도측정에 사용되는 파장에서 높은 굴절률(large refractive index)을 가져야 한다. 위와 같은 목적을 위하여 분무 (atomize)된 propylene glycol과 물의 혼합물을 산란입자로 사용하였다. 혼합물의 분무는 six-jet atomizer (TSI, Model: 9306)를 사용하였으며 분무된 입자 크기의 범위는 0.
데이터처리
- 이러한 변동은 모든 방향으로 일어나며, 난류 유동장을 정의하는 데는 측정 데이터의 통계적 서술을 이용하고 있다. 레이저 유속계 측정에 의한 촉매 변환기 내부 유동의 정량적 해석에는 앙상블 평균 속도(ensemble averaged velocity)를 사용하였다.
이론/모형
- 촉매 변환기 내의 속도를 측정하기 위해서는 프로브가 유동장에 영향을 미치지 않는 비접촉(non-intrusive) 측정기술 선택이 매우 중요하다. 본 실험에서 속도분포를 측정하기 위해 사용한 장치는 비접촉 측정방식인 레이저 유속계이다.
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