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 세라믹 멤브레인을 이용하여 유중수적형 디젤 워터 에멀젼 연료를 제작하고 기존 디젤엔진의 연료 분사 시스템에 적용했을 때 나타나는 분무 특성을 파악하였다. 또한 디젤 연료의 분무특성과의 차이점을 분석하고, 에멀젼 연료의 적용가능성을 분석하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 세라믹 멤브레인을 이용하여 유중수적형 디젤 워터 에멀젼 연료를 제작하고 기존 디젤엔진의 연료 분사 시스템에 적용했을 때 나타나는 분무 특성을 파악하였다. 또한 디젤 연료의 분무특성과의 차이점을 분석하고, 에멀젼 연료의 적용가능성을 분석하였다. 실험은 분사량, 분무가시화, 분사율 실험을 진행하고 결과를 분석하였다.
- 본 연구에서는 디젤 워터 에멀젼 연료의 기존 디젤 엔진에 대한 적용 가능성을 판단하기 위하여 연료의 분무 및 분사율 특성 실험을 진행하였고 디젤연료와의 차이점을 분석하였다. 진행한 실험 결과로부터 다음과 같은 결과를 도출하였다.
- 분무가시화 실험은 분사량 실험 결과를 토대로 레일압력 800, 1000, 1200bar 조건에서 동일한 분사량20mm3을 갖는 분사기간을 추출하여 진행하였다. 각 연료들의 분사기간을 Table 3에 나타내었다.
- 분무가시화의 실험 조건은 레일압력 800bar, 1000bar, 1200bar에서 진행한 분사량 실험결과를 토대로 동일한 분사량 20mm3을 갖는 분사기간을 산출하여 단분사 실험을 진행하였다. 고압 챔버의 압력은 연소실 내 압력을 모사하기 위하여 40bar로 유지하였고, 연소실 온도는 상온 조건인 25˚C를 유지하였다.
- 또한 디젤 연료의 분무특성과의 차이점을 분석하고, 에멀젼 연료의 적용가능성을 분석하였다. 실험은 분사량, 분무가시화, 분사율 실험을 진행하고 결과를 분석하였다.
- 총 4종의 연료의 물성치를 살펴보면, 연료의 함수량이 높을수록 높은 밀도(ρ)를 나타내었고, S1의 계면활성제가 포함되었을 때보다 S2의 계면활성제가 포함된 연료의 동점도(ν)가 더 높았다. 이렇게 선정된 총 4종의 에멀젼 연료들과 디젤 연료와의 분무 특성의 차이점을 파악하기 위한 실험으로 분사량, 분무가시화, 분사율 실험으로 진행하였다.
대상 데이터
- Table 1은 계면활성제의 종류에 따른 물과 연료의 질량 조성비 및 밀도, 그리고 동점도를 나타내었다. 계면활성제는 총 2종인 S1, S2를 사용했고 물과 연료의 조성비를 달리하여 계면활성제 별로 4가지의 에멀젼 연료를 제작하였다. 제작한 총 8가지의 에멀젼 연료를 입도 분석기를 이용하여 입경을 측정하였으며, 각 계면활성제의 종류별로 입경이 작은 2가지의 에멀젼 연료를 선정하여 분무 특성 실험에 사용하였다.
- 에멀젼 연료를 제작하는 방법은 여러 가지가 있지만 본 연구에서는 다공성 세라믹 멤브레인을 이용하여 제작하였다. 세라믹막을 이용한 제조법은 물과 연료를 세라믹막에 투과시켜, 다른 제조법보다 간편하다는 장점이 있다.
- 계면활성제는 총 2종인 S1, S2를 사용했고 물과 연료의 조성비를 달리하여 계면활성제 별로 4가지의 에멀젼 연료를 제작하였다. 제작한 총 8가지의 에멀젼 연료를 입도 분석기를 이용하여 입경을 측정하였으며, 각 계면활성제의 종류별로 입경이 작은 2가지의 에멀젼 연료를 선정하여 분무 특성 실험에 사용하였다. 총 4종의 연료의 물성치를 살펴보면, 연료의 함수량이 높을수록 높은 밀도(ρ)를 나타내었고, S1의 계면활성제가 포함되었을 때보다 S2의 계면활성제가 포함된 연료의 동점도(ν)가 더 높았다.
데이터처리
- 분사율 실험의 조건은 레일압력 400bar부터 1200bar까지 200bar단위로, 분사기간은 0.2ms부터 0.8ms까지 0.1ms단위로 측정하였으며, 각 실험조건별로 200회 실험하여 평균값을 도출하였다. Table 2는 분사량, 분무가시화, 분사율 실험 조건들을 나타낸 표이다.
이론/모형
- 본 연구에서는 분사율 측정방법 중 하나인 Zeuch법을 사용하여 측정하였다. Zeuch법은 밀폐된 챔버 내에 인젝터가 연료를 분사하여 얻는 압력 변화율로부터 분사율을 측정할 수 있는 방법이다.
성능/효과
- 1) 에멀젼 연료의 분사량 실험 결과, 동점도가 높은 에멀젼 연료일수록 동일한 시간에서 디젤에 비하여 분사량이 감소하며, 연료에 포함된 함수율과 계면활성제의 종류에 따라서 평균 12.8%까지 감소한다.
- 2) 에멀젼 연료의 분무가시화 실험 결과, 함수율이높고 동점도가 높은 연료일수록 분무 후 거동만을 파악하였을 때, 액적이 밀집된 형태로 계속 유지되고 미립화가 잘 일어나지 않는다.
- 3) 디젤 연료와 에멀젼 연료 모두 레일 압력이 증가하면 분무 도달 거리가 길어지는 것을 확인하였고, 동일 조건에서 에멀젼 연료의 분무 도달 거리는 디젤 연료의 분무 도달 거리보다 더 길어짐을 알수있었다. 연료의 종류에 따라서 디젤 연료 대비 최대 41.
- 4) 에멀젼 연료의 분사율 실험 결과, 제시된 실험 조건에서 디젤 연료와 에멀젼 연료4종 모두 비슷한 경향성을 나타내었고, 레일 압력 1200bar, 분사기간 0.6ms 의 실험 조건에서 계면활성제 2를 사용한 DE_W20%_2%의 연료를 사용하였을 때 0.005ms의 분사지연이 발생했다.
- 이상과 같은 결과들은 디젤 워터 에멀젼 연료가 공급되고, 분사가 이루어진 후 연소가 시작하기 직전까지의 기존 디젤엔진에 대한 적용 가능성을 판단하는데 중요한 인자라고 판단된다. 디젤 연료와의 분무 특성을 비교한 결과 오히려 디젤 연료보다 연료의 미립화나 확산 쪽에서 좋지 않은 것으로 판단되었다. 추후 높은 분위기 온도 조건을 추가하여 실제 연료가 기화되면서 연소 되기 까지의 가시화 실험을 진행한다면, 에멀젼 연료의 미소 폭발이나 연소 시 연소 온도에 대한 변화가 배기배출물들의 특성 변화를 규명할 수 있을 것이라 판단된다.
- 3) 디젤 연료와 에멀젼 연료 모두 레일 압력이 증가하면 분무 도달 거리가 길어지는 것을 확인하였고, 동일 조건에서 에멀젼 연료의 분무 도달 거리는 디젤 연료의 분무 도달 거리보다 더 길어짐을 알수있었다. 연료의 종류에 따라서 디젤 연료 대비 최대 41.7%의 분무 길이증가가 발생하였다.
- 이상과 같은 결과들은 디젤 워터 에멀젼 연료가 공급되고, 분사가 이루어진 후 연소가 시작하기 직전까지의 기존 디젤엔진에 대한 적용 가능성을 판단하는데 중요한 인자라고 판단된다. 디젤 연료와의 분무 특성을 비교한 결과 오히려 디젤 연료보다 연료의 미립화나 확산 쪽에서 좋지 않은 것으로 판단되었다.
후속연구
- 추후 높은 분위기 온도 조건을 추가하여 실제 연료가 기화되면서 연소 되기 까지의 가시화 실험을 진행한다면, 에멀젼 연료의 미소 폭발이나 연소 시 연소 온도에 대한 변화가 배기배출물들의 특성 변화를 규명할 수 있을 것이라 판단된다. 또한 연료 분사 시스템을 그대로 적용함으로써 기존 디젤엔진에 별다른 추가 장치 없이도 적용 하는데 무리가 없을 것으로 기대된다.
- 디젤 연료와의 분무 특성을 비교한 결과 오히려 디젤 연료보다 연료의 미립화나 확산 쪽에서 좋지 않은 것으로 판단되었다. 추후 높은 분위기 온도 조건을 추가하여 실제 연료가 기화되면서 연소 되기 까지의 가시화 실험을 진행한다면, 에멀젼 연료의 미소 폭발이나 연소 시 연소 온도에 대한 변화가 배기배출물들의 특성 변화를 규명할 수 있을 것이라 판단된다. 또한 연료 분사 시스템을 그대로 적용함으로써 기존 디젤엔진에 별다른 추가 장치 없이도 적용 하는데 무리가 없을 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.