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CFD 시뮬레이션을 이용한 이젝터 혼합실 형상에 따른 성능 평가에 관한 연구
Study on Performance Evaluation of Mixing Section of Ejector using CFD simulation 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.5, 2014년, pp.2610 - 2616  

신원협 (동아대학교 대학원 기계공학과) ,  김민우 (동아대학교 대학원 기계공학과) ,  박영철 (동아대학교 기계공학과)

초록
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이젝터는 펌프의 일종으로서 고압의 유체가 지닌 압력에너지를 이용하여 흡입 유체를 빨아들여 이송하는 기계장치이다. 본 논문은 유한체적법 기반의 CFD 분석을 이용하여 이젝터의 성능에 영향을 미치는 혼합실 형상에 따른 영향을 조사하였다. 혼합실 내부의 노즐 직경과 노즐목 길이, 그리고 노즐 끝단과 유체가 외부로 빠져나가는 디퓨저 입구까지의 거리를 변화시키면서 성능을 좌우하는 흡입유체가 가장 잘 흡입되는 최적의 조건을 조사하였다. 연구 결과 이젝터의 성능은 노즐의 직경이 가장 큰 영향을 나타내는 것을 확인하였다. 혼합실 내부 노즐의 직경이 감소함에 따라 혼입율이 증가하는 것을 확인하였고 노즐 직경이 증가할수록 혼입율이 감소되는 것을 확인하였다. 반면 노즐목 길이, 노즐끝단과 디퓨저 입구까지의 거리에 대한 영향은 미비한 것으로 확인되었다. 마지막으로 CFD분석 자료를 토대로 인공신경망을 이용하여 더욱 구체적인 이젝터 혼합실 형상, 노즐 직경 23.8mm를 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

An ejector is a kind of pump which is using pressure energy of high pressure fluid. This study aims to investigate performance influencing according to change the ejector mixing section shape using CFD simulation by Finite Volume Method. Optimum conditions were suggested 3 kind of variable such as n...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구의 이젝터 또한 이젝터의 성능과 내부 구조의 설계변수들간의 관계가 명확히 정의되기 어렵기 때문에 인공신경망을 활용하여 이젝터 성능의 영향을 미치는 구동노즐의 직경을 예측하고자 한다. 또한 인공신경망은 설계변수가 가지는 목적 값을 예측할 수 있을 뿐 아니라 설계변수 다수준 영역에서의 실험 및 시뮬레이션 효과를 가져오는 장점을 활용하여 CFD분석을 통해 결과를 도출하는데 많은 시간이 소비되는 어려움을 극복하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 염소처리와 오존처리 등 화학적 처리를 통해 세균을 살균 처리하는 액체-가스 이젝터로써 성능 개선을 위해 유한체적법을 근거한 CFD분석을 통해 액체-가스 이젝터 유동특성에 대한 전반적인 내용분석과 더불어 성능에 영향을 크게 미칠 수 있는 혼합실 형상을 변경하여 흡입유체가 가장 잘 흡입되는 형상을 제시하였다. 혼합실 내부의 노즐 직경, 노즐 목길이, 노즐 끝단과 디퓨저 입구 거리에 대한 영향을 파악하고 흡입유체의 흡입량을 측정하여 기존의 액체-가스 이젝터 성능의 개선방안을 제시하는데 목적을 두고 있다.
  • 본 연구에서는 혼합실 형상을 변경하여 CFD 시뮬레이션을 통하여 흡입유체의 흡입량에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 이젝터 혼합실의 내부 구조는 복잡한 형태이고,이젝터의 성능과 혼합실 내부 구조의 형상 변수들과의 관계가 명확히 정의 되지 않았기 때문에 임의로 성능이 영향을 미칠 것으로 판단되는 혼합실 내부의 구동노즐 직경,구동노즐의 목 길이, 구동노즐 끝단과 디퓨저 입구까지의 거리를 Fig.
  • 인공신경망은 입출력변수간의 관계를 대수방정식으로 표현하기 어려운 비선형 시스템의 식별에 많이 활용되고 있다. 본 연구의 이젝터 또한 이젝터의 성능과 내부 구조의 설계변수들간의 관계가 명확히 정의되기 어렵기 때문에 인공신경망을 활용하여 이젝터 성능의 영향을 미치는 구동노즐의 직경을 예측하고자 한다. 또한 인공신경망은 설계변수가 가지는 목적 값을 예측할 수 있을 뿐 아니라 설계변수 다수준 영역에서의 실험 및 시뮬레이션 효과를 가져오는 장점을 활용하여 CFD분석을 통해 결과를 도출하는데 많은 시간이 소비되는 어려움을 극복하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 염소처리와 오존처리 등 화학적 처리를 통해 세균을 살균 처리하는 액체-가스 이젝터로써 성능 개선을 위해 유한체적법을 근거한 CFD분석을 통해 액체-가스 이젝터 유동특성에 대한 전반적인 내용분석과 더불어 성능에 영향을 크게 미칠 수 있는 혼합실 형상을 변경하여 흡입유체가 가장 잘 흡입되는 형상을 제시하였다. 혼합실 내부의 노즐 직경, 노즐 목길이, 노즐 끝단과 디퓨저 입구 거리에 대한 영향을 파악하고 흡입유체의 흡입량을 측정하여 기존의 액체-가스 이젝터 성능의 개선방안을 제시하는데 목적을 두고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
이젝터란 무엇인가? 이젝터는 펌프의 일종으로서 고압의 유체가 지닌 압력에너지를 이용하여 흡입 유체를 빨아들여 이송하는 기계장치이다. 본 논문은 유한체적법 기반의 CFD 분석을 이용하여 이젝터의 성능에 영향을 미치는 혼합실 형상에 따른 영향을 조사하였다.
이젝터는 어떻게 구성되어있는가? 일반적으로 이젝터는 고압의 유체가 지난 압력에너지를 이용하여 흡입 유체를 빨아들여 이송하는 기계장치로서 오늘날 많은 공업 분야에 널리 적용되고 있다.이젝터는 노즐(Nozzle), 혼합실(Mixing section), 디퓨져 (Diffuser)로 구성되어 있다.이젝터는 구동장치가 따로 필요 없고 설치비가 적게 드는 장점이 있으며,또한 기계적 운동 부분이 없기 때문에 비교적 고장의 거의 없이 반영구적으로 쓸 수 있는 장점이 있다.
유한체적법 기반의 CFD 분석을 이용하여 이젝터의 성능에 영향을 미치는 혼합실 형상에 따른 영향을 조사한 결과는 무엇인가? 혼합실 내부의 노즐 직경과 노즐목 길이, 그리고 노즐 끝단과 유체가 외부로 빠져나가는 디퓨저 입구까지의 거리를 변화시키면서 성능을 좌우하는 흡입유체가 가장 잘 흡입되는 최적의 조건을 조사하였다. 연구 결과 이젝터의 성능은 노즐의 직경이 가장 큰 영향을 나타내는 것을 확인하였다. 혼합실 내부 노즐의 직경이 감소함에 따라 혼입율이 증가하는 것을 확인하였고 노즐 직경이 증가할수록 혼입율이 감소되는 것을 확인하였다. 반면 노즐목 길이, 노즐끝단과 디퓨저 입구까지의 거리에 대한 영향은 미비한 것으로 확인되었다. 마지막으로 CFD분석 자료를 토대로 인공신경망을 이용하여 더욱 구체적인 이젝터 혼합실 형상, 노즐 직경 23.
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참고문헌 (6)

  1. Fluegel, G., Berechnung von Stahlapparaten, VDI Forschungsheft 395 Ausgabe B Band 10. 1939. 

  2. Sun, D. W. and Eames, I. E., "Recent Developments in the Design Theoreis and Applications of Ejectors-a Review,"Journal of the Institute Energy, Vol. 68, pp.665-676, June, 1995. 

  3. Witte, J. H., "Efficiency and Design of Liquid-Gas Ejector,"British Chemical Engineering, Vol. 10, No.9,pp. 602-607. 1995. 

  4. Kang, S. H., "A Numerical Study of the Characteristics of Internal Flow in Gas-Liquid Ejector of Ballast Water Treatment System" A master's thesis, Dong-A university, 2012. 

  5. Kim, D. H., Kim, D. J., Kim, H. K., Kim, B. M., Choi, J. C., "Process Design of a Hot Forged product using the Artificial Neural Network and the Statistical Design of Experiments."Journal of the korean Society of Precision Engineering, Vol. 15, No. 9. September 1998. 

  6. Kim, Y. J., "A study on the effect of Nozzle Geometry on the Suction Flow Rate in a Jet Pump." A master's thesis, Dong-A university, 2008. 

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