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문제 정의
- 따라서 본 연구는 부동액의 효과적인 적용을 위하여 부동액 함유량과 냉각수의 조건(수돗물, 증류수, 지하수) 에 따른 엔진 성능을 규명하고자 한다. 부동액 함유량과 물의 종류에 따라 엔진 성능이 다름을 이론적으로 규명하기 위한 방법으로 열전달 해석을 실시하였다.
- 부동액 함유량과 물의 종류에 따라 엔진 성능이 다름을 이론적으로 규명하기 위한 방법으로 열전달 해석을 실시하였다. 부동액 함유량이 구조강에 미치는 열전달 과정을 수치해석적으로 증명하고 실험에 의한 성능결과와 비교분석하고자 한다.
제안 방법
- 2) 수돗물, 증류수, 지하수에 부동액을 첨가하여 냉각수를 -10, -20, -30, -40, -50℃가 되도록 하였다. 변수를 최소화하고자 실내온도는 18.
- W/m²·°C 이며, 냉각수를 펌프를 이용하여 강제순환시키므로 강제대류계수를 부동액 함유량에 따라 239.2, 209.8, 198.5, 186.9, 172.0, 159.1W/m²·°C로 대입하였다.
- 해석에 사용된 모델은 Catia V5를 이용하여 형상화하였다. 냉각수가 지나는 관로를 해석시간과 에러를 줄이기 위하여 최대한 간단하게 설계하였다.
- 부동액 함유량과 물의 종류에 따라 엔진 성능이 다름을 이를 이론적으로 규명하기 위한 방법으로 열전달 해석을 실시하였다. 부동액 함유량이 Structure Steel에 미치는 열전달 과정을 수치해석적으로 증명하고 실험에 의한 성능결과와 비교분석하였다.
- 부동액 함유량과 물의 종류에 따라 엔진 성능이 다름을 이를 이론적으로 규명하기 위한 방법으로 열전달 해석을 실시하였다. 부동액 함유량이 Structure Steel에 미치는 열전달 과정을 수치해석적으로 증명하고 실험에 의한 성능결과와 비교분석하였다.
- 시속 기준 100mph까지 높이면서 성능측정을 하였고, 성능에 영향을 미칠 수 있는 냉각팬 구동시작 시간을 측정하였다. Fig.
- 엔진성능에 영향을 미칠 수 있는 요인은 배제하였다. 엔진온도에 영향을 주는 냉각팬 구동시간에 역점을 두고 실험을 실시하였다.
대상 데이터
- Fig. 1과 같이 유한요소 모델을 나타내었으며, Mesh 형태는 4면체이고, Node 개수 1731개, element 개수는 7075개이다.
- H사에서 제조되는 부동액을 사용하였다. Fig.
- 이 장비는 해당 차의 성능을 종합적으로 파악할 수 있다. 롤러의 크기는 1216mm이며, 용량은 250KW를 사용한다.
- 재질은 구조강이며 Table 1에 물성을 나타내었다. 냉각수 온도는 80℃를 기준으로 하였고, 공기 외부온도는 22℃, 대류계수 5.
데이터처리
- 3) 엔진구동시 가속이 되는 속도인 65(104.6km/h)와 80(128.75km/h)mph에서 성능을 비교분석하였다. 성능에 지대한 영향을 미치는 냉각팬이 구동되는 시간은 성능측정시작 후 대략 21s～23s였다.
- CAE전문 프로그램인 ANSYS 12를 이용하여 증류수와 부동액 함유량에 따른 수치해석을 실시하였다. 수돗물과 지하수의 경우 해석에 영향을 함유인자가 일정하지 않아 해석에서 제외하였다.
- 3은 실험에 사용된 파형 분석기이다. winPEP7 프로그램을 이용하여 성능을 분석하였다.
이론/모형
- 따라서 본 연구는 부동액의 효과적인 적용을 위하여 부동액 함유량과 냉각수의 조건(수돗물, 증류수, 지하수) 에 따른 엔진 성능을 규명하고자 한다. 부동액 함유량과 물의 종류에 따라 엔진 성능이 다름을 이론적으로 규명하기 위한 방법으로 열전달 해석을 실시하였다. 부동액 함유량이 구조강에 미치는 열전달 과정을 수치해석적으로 증명하고 실험에 의한 성능결과와 비교분석하고자 한다.
- 수돗물과 지하수의 경우 해석에 영향을 함유인자가 일정하지 않아 해석에서 제외하였다. 해석에 사용된 모델은 Catia V5를 이용하여 형상화하였다. 냉각수가 지나는 관로를 해석시간과 에러를 줄이기 위하여 최대한 간단하게 설계하였다.
성능/효과
- 1) 대류계수값이 낮아질수록 냉각 성능이 떨어짐을 알 수 있었다. 부동액 함유량이 적을수록 냉각 성능이 좋고, 어느 일정이상의 부동액이 함유되면 냉각온도변화가 거의 없음을 알 수 있었다.
- 4) 실험액체 증류수에서 가장 높은 출력값이 나타났다. 실험액체 수돗물과 지하수의 경우 부동액 함유 기준에 따라 출력형태가 상이하지만 출력값에 대한 평균을 취하게 되면 지하수, 수돗물 순으로 높은 출력값을 나타냈다.
- 5) 위의 결과 부동액 함유량이 냉각수 순환에 영향을 주며, 함유량이 많아질수록 냉각성능이 저감됨을 알 수 있었다. 증류수에 부동액을 함유한 냉각수가 수돗물 및 지하수에 부동액을 함유한 냉각수보다 높은 출력은 나타낸 것은 수돗물 또는 지하수에 함유된 다른 물질이 엔진 성능에 영향을 미칠 수 있음을 예측할 수 있었다.
- 전체 출력 평균값을 비교하였을 때 증류수에 부동액을 함유했을 때 가장 높게 나타났으며, 지하수, 수돗물 순으로 높은 출력값을 나타냈다. 기준속도 80mph에서 증류수와 수돗물을 비교하였을 때 최대 평균 3.84마력(hp)의 높은 출력차를 보였다. Table 6과 Fig.
- 유한요소 해석결과를 보면, 냉각수 대류계수값이 낮아질수록 냉각 성능이 떨어짐을 알 수 있었다. 부동액 함유량이 적을수록 냉각 성능이 좋고, 어느 일정이상의 부동액이 함유되면 냉각온도변화가 거의 없음을 알 수 있었다. 최대온도값 상호간 비교하였을 때, 물(대류계수 239.
- 실험결과 실험액체 증류수에서 가장 높은 출력값이 나타났다. 실험액체 수돗물과 지하수의 경우 부동액 함유기준에 따라 출력형태가 상이하지만 출력값에 대한 평균을 취하게 되면 수돗물보다 지하수에서 높게 나타났다.
- 실험결과 실험액체 증류수에서 가장 높은 출력값이 나타났다. 실험액체 수돗물과 지하수의 경우 부동액 함유기준에 따라 출력형태가 상이하지만 출력값에 대한 평균을 취하게 되면 수돗물보다 지하수에서 높게 나타났다. 전체 출력 평균값을 비교하였을 때 증류수에 부동액을 함유했을 때 가장 높게 나타났으며, 지하수, 수돗물 순으로 높은 출력값을 나타냈다.
- 유한요소 해석결과를 보면, 냉각수 대류계수값이 낮아질수록 냉각 성능이 떨어짐을 알 수 있었다. 부동액 함유량이 적을수록 냉각 성능이 좋고, 어느 일정이상의 부동액이 함유되면 냉각온도변화가 거의 없음을 알 수 있었다.
- 실험액체 수돗물과 지하수의 경우 부동액 함유기준에 따라 출력형태가 상이하지만 출력값에 대한 평균을 취하게 되면 수돗물보다 지하수에서 높게 나타났다. 전체 출력 평균값을 비교하였을 때 증류수에 부동액을 함유했을 때 가장 높게 나타났으며, 지하수, 수돗물 순으로 높은 출력값을 나타냈다. 기준속도 80mph에서 증류수와 수돗물을 비교하였을 때 최대 평균 3.
- 5) 위의 결과 부동액 함유량이 냉각수 순환에 영향을 주며, 함유량이 많아질수록 냉각성능이 저감됨을 알 수 있었다. 증류수에 부동액을 함유한 냉각수가 수돗물 및 지하수에 부동액을 함유한 냉각수보다 높은 출력은 나타낸 것은 수돗물 또는 지하수에 함유된 다른 물질이 엔진 성능에 영향을 미칠 수 있음을 예측할 수 있었다.
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