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제안 방법
- 관측창 1과 2는 각각 하니콤 브릭 사이부분과 2번째 하니콤 브릭 출구부분에서 하니콤 브릭의 단축을 따라 v-속도성분 측정을 위해 사용하였다. 단축의 측정지점간 거리는 3 mm이며, 데이터율(Data Rate)은 1지점 당 1 Khz이었다.
- 레이저 유속계를 이용한 장축과 평행인 유동방향 유동장 측정은 촉매 변환기 내부의 하니콤 브릭 사이부분과 2번째 하니콤 브릭 출구부분의 단축(Minor Axis)을 따라 광학적으로 투명한 플렉시글래스(Plexiglass)로 제작∙설치된 관측창을 통하여 이루어졌다. 관측창은 양산되는 승용차용 촉매 변환기를 부분적으로 가공한 후 각각 설치하였다.
- 촉매 변환기 내의 정량적 유동해석을 위해서는 프로브가 유동장에 영향을 미치지 않는 비접촉(Non-Intrusive) 측정기술 선택이 매우 중요하다. 본 실험에서 국부적인 유동장을 명확히 측정하기 위해 사용한 장치는 비접촉 측정방식인 레이저 유속계이며, 유속계 측정은 정상상태 실험조건에서 수행하였다. 실험 장치는 Fig.
- 본 연구에서는 촉매 변환기의 입구(Inlet)와 출구(Outlet)가 90°를 이루는 경우 변환기 내부 하니콤 브릭 사이부분(Between Honeycomb Bricks)과 2번째 하니콤 브릭 출구부분(Near the Exhaust after the Second Brick)의 유동분포를 레이저 유속계(LDV)를 이용하여 37.8 l/s와 94.4 l/s 유동영역에서 측정하였으며, 변환기의 형상 변화가 배기가스의 주 유동방향(Primary Flow Direction)에 수직이고 하니콤 브릭 장축(Major Axis)과 평행한 유동방향 유동장에 미치는 영향을 분석하였다.
- 촉매 변환기에 필요한 유량을 공급하는 장치는 4단 원심 송풍기로서, 유량조절은 송풍기 하류에 설치된 트로틀 플레이트(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, 실험 장치 구동 시 온도가 일정해지는 정상상태가 될 때까지 약20분 동안 장치를 구동시켜 온도변화에 따른 실험의 부정확성을 배제하였다.
- 1에 나타낸 것과 같이 촉매 변환기와 정상상태 유동장을 만들기 위한 장치로 구성된다. 촉매 변환기에 필요한 유량을 공급하는 장치는 4단 원심 송풍기로서, 유량조절은 송풍기 하류에 설치된 트로틀 플레이트(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, 실험 장치 구동 시 온도가 일정해지는 정상상태가 될 때까지 약20분 동안 장치를 구동시켜 온도변화에 따른 실험의 부정확성을 배제하였다.
- 촉매 변환기의 입구와 출구가 90°를 이루는 구조적 특징이 변환기 내 유동장에 미치는 영향을 실험을 통해 분석하였으며 자동차 제작사에서 이루어진 2-차원 전산해석 결과와 비교하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
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 구성하였다. Ar-Ion 레이저로 부터 나오는 복합 파장(Multi-Wavelength) 빔은 프리즘에 의하여 여러 개의 단 파장(Single-Wavelength) 빔으로 나누어지며, 그중 v-속도성분 측정을 위하여 그린 빔(514.
- 즉, 입자는 유체유동을 정확하게 따라가야하며 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.
- 혼합물의 분무는 Six-jet Atomizer (TSI,Model: 9306)를 사용하였으며 분무된 입자 크기의 범위는 0.6-1.5 μm이었다.
데이터처리
- 4 l/s 유동영역에서 측정하였으며, 변환기의 형상 변화가 배기가스의 주 유동방향(Primary Flow Direction)에 수직이고 하니콤 브릭 장축(Major Axis)과 평행한 유동방향 유동장에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 동일한 촉매 변환기에 대하여 자동차 제작사에서 이루어진 장축과 평행한 유동방향과 주 유동방향 유동장에 대한 2-차원 전산해석 결과를 실험적으로 이루어진 본 연구 결과 및 선행연구 결과(주 유동방향 유동장 해석)(4)와 비교∙분석하여 신뢰성을 검증하였다. 연구를 통해 얻게 될 자료는 복잡한 내부유동에 대한 보다나은 이해를 가능하게하며, 동시에 촉매 변환기 개발 방법을 보다 논리적이고 체계적인 접근 방법으로 나아가게 하는 가교 역할에 도움을 줄 것이다.
이론/모형
- 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 구성하였다. Ar-Ion 레이저로 부터 나오는 복합 파장(Multi-Wavelength) 빔은 프리즘에 의하여 여러 개의 단 파장(Single-Wavelength) 빔으로 나누어지며, 그중 v-속도성분 측정을 위하여 그린 빔(514.5 nm)을 사용하였다. Bragg-cell Frequency Shifter는 음의 속도성분을 측정하기 위하여 설치하였다.
- 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.
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