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[국내논문] 분열모델 상수가 분무 및 연소특성에 미치는 영향
Effects of Spray Breakup Model Variables on Spray and Combustion Characteristics 원문보기

한국액체미립화학회지 = Journal of ilass-korea, v.22 no.1, 2017년, pp.29 - 35  

이승필 (한양대학교 융합기계공학과) ,  박준규 (한양대학교 융합기계공학과) ,  박성욱 (한양대학교 기계공학부)

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This paper describes the effects of spray breakup model constants on spray and combustion characteristics in single cylinder compression engine. KIVA-3V code coupled with a CHEMKIN chemistry solver was used for numerical analysis. In this study, spray simulations and combustion simulations are studi...

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문제 정의

  • 본 연구에서는 엔진 연소 해석에 있어 분무 모델에 따른 영향을 분석하고자 하였으며, 이를 위해 고압 분사 시스템에서 사용되는 KH-RT분열 모델의 상수에 따라 정적 챔버 내에서의 분무 거동 및 분무 패턴을 분석하였으며 또한 엔진 운전조건하에서의 연소 및 배기특성 분석을 통하여 분열 상수 변화에 따른 해석결과의 차이를 비교하고자 하였다.
  • 분열 모델의 변수에는 위 3가지 이외에도 다른 변수가 존재하지만 위의 변수가 분열 모델의 특성 변화에 큰 영향을 미치며 타 변수의 경우 충분히 실험과의 검증을 통해 정형화 된 값이 존재하기 때문이다. 또한 KH모델과 RT모델의 변수를 독립적으로 변경함으로써 각 모델이 미치는 영향을 따로 분석하고자 하였다.
  • 본 연구는 KH-RT 분열 모델 상수 변경 시 분무거동 및 연소특성에 미치는 영향을 분석하고자 하였으며 이를 위해 변경한 KH 및 RT 분열 모델의 상수는 앞서 설명한 바와 같이 총 3 가지로 구분하였고 각 상수 별 설정 범위는 Table 1에 나타내었다. Case 1~3은 RT 분열 모델 상수를 고정한 후 KH분열 모델 상수를 변경하였을 때, case 4와 case 5는 KH 분열 모델 상수 고정 후 RT 분열 모델 상수를 변경하였다.
  • 분무 및 연소 특성 분석을 위한 자세한 정적 챔버 및 엔진 운전 조건은 Table 2에 나타내었다. 엔진 실험 조건은 엔진 성능 분석을 위해 기초 실험을 위해 설정한 값이며, 본 실험 조건의 경우 저부하 영역에서의 분열 모델 변수가 엔진 연소 특성에 미치는 영향을 보고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
디젤 압축착화 엔진은 무엇인가? 디젤 압축착화 엔진은 승용, 상용, 선박, 산업용등 다양한 분야에서 사용되는 내연기관으로서 가솔린 불꽃점화기간에 비해 높은 열효율 및 연비를 보이며 일산화탄소(CO) 배출이 적은 장점이 존재하지만 질소산화물 (NOX)과 입자상물질(PM)이 과다하게 배출되는 단점이 존재한다. 이를 해결하기 위해 질소산화물 저감장치인 SCR(Selective Catalytic Reduction)과 입자상물질 저감 장치인 DPF(Diesel particulate filter)등의 후처리 장치가 보편적으로 사용된다.
연비 및 배기 가스 문제를 해결을 위해 후처리 장치를 사용했을 때의 문제점은 무엇인가? 이를 해결하기 위해 질소산화물 저감장치인 SCR(Selective Catalytic Reduction)과 입자상물질 저감 장치인 DPF(Diesel particulate filter)등의 후처리 장치가 보편적으로 사용된다. 후처리 장치의 저감효과는 높지만 배기의 배압을 높여 배기가스의 원활한 배출에 악영향을 미치며 추가적인 연료의 소모를 야기함으로꺼 효율의 저감을 발생시킨다. 따라서 추가적인 후처리 장치를 이용하지 않고 근본적인 연소 기술 개선을 통한 연비 및 배기 가스 문제를 해결할 수 있는 방법이 필요하며 이를 위해 많은 연구기관에서 다양한 연구를 진행 중에 있으며 저온연소 및 예혼합 연소와 관련된 LTC(Low Temperature Combustion), HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)등이 존재한다(1-3).
디젤 압축착화 엔진의 장단점은 무엇인가? 디젤 압축착화 엔진은 승용, 상용, 선박, 산업용등 다양한 분야에서 사용되는 내연기관으로서 가솔린 불꽃점화기간에 비해 높은 열효율 및 연비를 보이며 일산화탄소(CO) 배출이 적은 장점이 존재하지만 질소산화물 (NOX)과 입자상물질(PM)이 과다하게 배출되는 단점이 존재한다. 이를 해결하기 위해 질소산화물 저감장치인 SCR(Selective Catalytic Reduction)과 입자상물질 저감 장치인 DPF(Diesel particulate filter)등의 후처리 장치가 보편적으로 사용된다.
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참고문헌 (12)

  1. P. Kimura, S. Aoki, O. Kitahara, Y. Aiyoshizawa, E., "Ultra-Clean Combustion Technology Combining a Low- Temperature and Premixed Combustion Concept for Meeting Future Emission Standards", SAE International, 2001. 

  2. Simescu, S., Fiveland, S. B., Dodge, L. G., "An Experimental Investigation of PCCI-DI Combustion and Emissions in a Heavy-Duty Diesel Engine", SAE International, 2003. 

  3. Kim, Y. J., Kim, K. B. and Lee, K. H., "Effect of a 2- stage injection strategy on the combustion and flame characteristics in a PCCI engine", Int J Automot Technol, Vol. 12, No. 5, 2011, pp. 639-644. 

  4. Heywood, J. B. "Internal Combustion Engine Fundamentals", McGraw-Hill, Inc., ISBN 0-07-028637-X, 1988. 

  5. Liu, A. B., Mather, D. and Reitz, R. D., "Modeling the Effects of Drop Drag and Breakup on Fuel Sprays", SAE International, 1993. 

  6. Tanner, F. X., "Liquid Jet Atomization and Droplet Breakup Modeling of Non-Evaporating Diesel Fuel Sprays", SAE International, 1997. 

  7. Senecal, P. K., Schmidt, D. P., Nouar, I., Rutland, C. J., Reitz, R. D. and Corradini, M. L., " Modeling High- Speed Viscous Liquid Sheet Atomization", Int Jouranl of Multiphase Flow 25, 1999, pp. 1073-1097. 

  8. 김형준, 서현구, 이창식, "고온 고압하에서의 DME 연료 분무 및 증발 특성", 한국액체미립화학회지, Vol. 12, No. 2, 2007, pp. 101-107. 

  9. Amsden, A. A., "KIVA-3V Release 2 : Improvement to KIVA-3V", Los Alamos National Laboratory Report, No. LA-UR-99-915, 1999. 

  10. Patel, A., Kong, S.-C. and Reitz, R. D., "Development and Validation of a Reduced Reaction Mechanism for HCCI Engine Simulations", SAE International, 2004. 

  11. Nishida, K. and Hiroyasu, H., "Simplified Three-Dimensional Modeling of Mixture Formation and Combustion in a D.I. Diesel Engine." SAE International, 1989. 

  12. Reitz, R. D., "Modeling atomization processes in highpressure vaporizing sprays." Atomization and Spray Technology, Vol. 3, No. 4, 1987, pp. 309-337. 

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