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문제 정의
- 덕트에 유입되는 공기는 입구의 무풍장치를 통하여 유입되도록 실험장치를 구성하였다. 이장치는 덕트로 공기가 유입 할 때 난류성분을 최대로 억제 시키는 목적으로 설치하였다. 곡관덕트 입구측에 연결된 직관덕트는 한변의 크기가 40 mm인 정방형 단면에 길이 4,000 mm로 아크릴로 제작하였다.
제안 방법
- 이 LDV 시스템은 최대출력 2W인 아르곤-이온 레이저를 이용하였으며, 2중빔 형식으로 광학계의 배치하였다. LDV 계측방식은 2색 3빔 방식의 후방산란형이고, LDV 시스템을 적재하여 이동하기 위하여 3차원 이송장치를 설치하여 이용하였다. 실험장치의 개략도는 Fig.
- 2(b)는 계산에 적용된 좌표계의 배치와 계산영역이다. 경계조건은 입구면, 출구면, 벽에 각각 속도, 압력 조건을 부여하였고 벽면은 No slip, 공간내부에는 연속체 조건을 주었다.
- 측정위치는 180도 곡관중에서 120°, 150°, 180°, 30° 등간격으로 3 지점만을 측정하였다. 곡관덕트내에서 천이정상유동의 유동특성에 대한 유동형태를 정확히 고찰하기 위하여 z 방향보다는 y 방향의 속도분포가 곡관의 굽힘 때문에 심한 변화를 보일 것으로 예상되어 z 방향은 7 지점, y 방향은 16 지점을 측정하였다. 천이정상유동에 대한 측정값은 LDV를 통하여 얻은 실험값을 시그널 프로세서를 거쳐 PC 에서 FIND 소프트웨어에 의하여 속도 값으로 처리되어 데이터 파일로 저장하였다.
- 곡관덕트내의 축방향유동과 2차유동의 측정은 LDV를 이용하였다. 이 LDV 시스템은 최대출력 2W인 아르곤-이온 레이저를 이용하였으며, 2중빔 형식으로 광학계의 배치하였다.
- 직관덕트에 연결되는 곡관부의 곡률반경은 400 mm이고 직관덕트와 단면크기가 같도록 180°의 곡관덕트를 아크릴로 제작하여 연결하였다. 곡관덕트의 출구측에는 입구측과 같은 직관덕트를 연결하여 실험유동장을 제작하였다.
- 천이정상유동의 실험범위는 덕트 중심에서 열선으로 나오는 신호가 열선유속계를 지나 광기록계에 기록된 속도파형을 고찰하여 최초의 난류버스트가 발생하는 곳으로부터 완전한 난류가 형성되는 부근까지를 천이유동영역으로 규정하고 그 영역에서 실험을 하였다. 본 실험에서는 딘수를 460과 530으로 하여 측정하였고, 유량은 오리피스로 측정하여 이로부터 단면평균속도를 구하여 딘수를 계산하였다.
- 유동영역을 분류하여 임계딘수를 결정하였으며, 천이정상유동의 축방향 속도분포를 측정하여 180° 곡관덕트의 입구영역에서 딘수와 곡관덕트의 굽힘각이 축방향속도분포에 미치는 영향과 유동특성을 규명하였다.
- 곡관덕트내에서 천이정상유동의 유동특성에 대한 유동형태를 정확히 고찰하기 위하여 z 방향보다는 y 방향의 속도분포가 곡관의 굽힘 때문에 심한 변화를 보일 것으로 예상되어 z 방향은 7 지점, y 방향은 16 지점을 측정하였다. 천이정상유동에 대한 측정값은 LDV를 통하여 얻은 실험값을 시그널 프로세서를 거쳐 PC 에서 FIND 소프트웨어에 의하여 속도 값으로 처리되어 데이터 파일로 저장하였다. Table 1은 천이정상유동의 실험조건을 나타낸 것이다.
- 2(a)에 각각 나타내었다. 천이정상유동은 송풍기에 의하여 공기를 흡입하여 시험덕트내로 유입하도록 하였고 시험관의 유속조절은 유량제어밸브 또는 송풍기를 구동하는 변속모터의 회전수를 조절함으로써 유속을 변화시켰다. 산란입자로는 입자 크기가 0.
- 천이정상유동의 실험범위는 덕트 중심에서 열선으로 나오는 신호가 열선유속계를 지나 광기록계에 기록된 속도파형을 고찰하여 최초의 난류버스트가 발생하는 곳으로부터 완전한 난류가 형성되는 부근까지를 천이유동영역으로 규정하고 그 영역에서 실험을 하였다. 본 실험에서는 딘수를 460과 530으로 하여 측정하였고, 유량은 오리피스로 측정하여 이로부터 단면평균속도를 구하여 딘수를 계산하였다.
대상 데이터
- 이장치는 덕트로 공기가 유입 할 때 난류성분을 최대로 억제 시키는 목적으로 설치하였다. 곡관덕트 입구측에 연결된 직관덕트는 한변의 크기가 40 mm인 정방형 단면에 길이 4,000 mm로 아크릴로 제작하였다. 직관덕트에 연결되는 곡관부의 곡률반경은 400 mm이고 직관덕트와 단면크기가 같도록 180°의 곡관덕트를 아크릴로 제작하여 연결하였다.
- 산란입자로는 입자 크기가 0.1∼0.3μm인 모기향 연기를 사용하였다.
- 실험장치의 주요부는 180° 곡관덕트, 무풍장치, 서지탱크 송풍기 등으로 구성되어 있다.
- 직관덕트에 연결되는 곡관부의 곡률반경은 400 mm이고 직관덕트와 단면크기가 같도록 180°의 곡관덕트를 아크릴로 제작하여 연결하였다.
- 측정위치는 180도 곡관중에서 120°, 150°, 180°, 30° 등간격으로 3 지점만을 측정하였다.
이론/모형
- 3)를 사용 하였다. 속도와 압력의 커플링과 이산화는 SIMPLE해법과 1차 Upwind scheme을 을 사용하였다. 수치시뮬레이션은 연속방정식 및 각 방향 속도의 값을 계산하고 초기 값과 오차의 범위를 제한함으로서 수렴과정을 확인하였으며 난류모델은 k-ε모델이다.
- 수치시뮬레이션은 연속방정식 및 각 방향 속도의 값을 계산하고 초기 값과 오차의 범위를 제한함으로서 수렴과정을 확인하였으며 난류모델은 k-ε모델이다.
- 유동장 수치해석은 상용코드인 FLUENT(Ver. : 6.3)를 사용 하였다. 속도와 압력의 커플링과 이산화는 SIMPLE해법과 1차 Upwind scheme을 을 사용하였다.
성능/효과
- (a)와 연관하여 보면 외벽측의 속도가 최대로 바뀌어 곡관의 출구측인 180° 부근에서는 곡관의 영향이 약해지면서 유동 자체가 거의 안정되어 좌우가 대칭인 속도분포를 나타내고 있음을 알 수 있다.
- 1. 천이정상유동의 축방향 속도분포는 원심력의 영향을 받으며 최대유속의 위치는 굽힘각 φ = 120°되는 지점의 경우 d/a = 0.4였고 φ = 150°지점에서는 d/a = 0.1.5 근방으로 이동하였다.
- 2. 굽힘각 φ = 180°지점에서는 곡관의 영향이 점차 사라져 유동이 안정화 되어 좌우 대칭의 속도분포를 나타낸다.
- 3. Dst = 460인 경우에 비해 Dst = 530인 경우가 점성력이 관성력보다 커지므로 점성력의 영향을 덜 받게되어 속도분포도 일정하고 안정되어가며, 원심력의 영향이 조금 크게 나타났다.
후속연구
- 이것은 유동장내에서 딘수가 증가함에 따라 천이가 일어나기 때문이다. 딘수가 Dst = 600에서의 속도분포는 다소의 난류성분이 포함된 것으로 판단되며 이에 대해서는 보다 면밀한 검토가 필요하다.
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