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논문 상세정보

고온 고압 정적 연소실에서 연소과정에 따른 온도 분포 측정

Study of spatial temperature distribution during combustion process in a high temperature and pressure constant volume chamber

초록

디젤 엔진의 연비와 배기를 개선하고자 하는 노력으로 다운사이징이 강화되고 있다. 이에 따라 엔진의 사이즈는 작아지고, 엔진 연소실 내 온도와 압력은 상승하는 추세이다. 따라서 높은 온도와 압력 조건에서 연료 분무의 발달과정과 연소과정 연구가 매우 중요하다. 본 연구에서는 디젤 엔진 연소실의 고온 고압 환경을 벤치에서 모사해줄 수 있는 정적 연소실을 개발하였다. 정적 연소실은 예혼합기를 연소시켜 순간적으로 온도와 압력을 급격하게 상승시킨 다음, 주변으로의 열전달에 의해 온도와 압력이 감소할 때 시험 목표조건인 온도와 압력 조건에 다다르면, 연료 분사기에 신호를 인가하여 연료분무를 개시하며 쿼츠 창을 통하여 연료 분무를 가시화 한다. 이 때, 정적 연소실 내에 연료 분무가 이루어지는 영역의 온도를 정확히 측정하여 정확한 시험 조건을 형성해야 한다. 본 연구에서는 고속으로 온도를 측정할 수 있는 열전대를 직접 개발 및 제작하여 연소실 내 시공간적 온도분포를 측정하였다. 측정 결과, 전체 체적 온도보다 연료 분무가 개시되는 중심 공간의 온도가 더 높게 나타났으며, 이는 연소실 벽면으로의 열전달 때문임을 확인하였다. 또한 횡방향으로의 온도 편차는 약 10%이내 수준이었으나, 종방향으로 온도편차가 최대 15%수준으로 나타났고 이는 부력으로 인한 고온의 연소가스의 상승효과 때문으로 판단되었다.

Abstract

Downsizing is widely applied to diesel engines in order to improve fuel efficiency and reduce exhaust emissions. Engine sizes are becoming smaller but pressure and temperature inside combustion chambers are increasing. Therefore, research for fuel spray under high pressure and temperature conditions is important. A constant volume chamber which simulates high temperature and pressure likely to be found in diesel engines was developed in this study. Pressure and temperature were increased abruptly because of ignition of the pre-mixture in the constant volume chamber. Then pressure and temperature were gradually decreased due to the heat loss through the chamber wall. Fuel spray occurred when temperature and pressure were reached at the target condition. In this experiment, the temperature condition should be exactly defined to understand the relation between fuel evaporation and ambient temperature. A fast response thermocouple was developed and used to measure the temporal and spatial temperature distribution during the combustion process inside the combustion chamber. In the results, the core temperature was slightly higher than the bulk temperature calculated by the gas equation. Ed-note: do you want to say 'ideal gas equation'? This was attributed to the heat transfer loss through the chamber wall. The vertical temperature deviation was higher than the horizontal temperature deviation by 5% which resulted from the buoyancy effect.

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