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전기자동차 전면유리 제상성능 개선을 위한 전산수치 해석
Numerical Analysis for Improvement of Windshield Defrost Performance of Electric Vehicle 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.5, 2019년, pp.477 - 484  

김현일 (포항금속소재진흥원 기술지원실) ,  김재성 (한밭대학교 산학협력단) ,  김명일 (한국과학기술정보연구원 가상설계센터) ,  이재열 (전남대학교 산업공학과)

초록
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차량에 거주하는 시간이 증가하면서 탑승자는 차량의 높은 주행성능과 더불어 쾌적하고 안정성 높은 승차 환경을 원하고 있다. 자동차 전면유리 제상성능은 운전자의 안전운전을 위해 필수적으로 요구되는 성능 중 하나이다. 자동차의 전면유리의 성에 제거 성능을 향상시키기 위해서는 제상 노즐의 형상과 같은 관련 요소들을 적절하게 설계하여야 한다. 본 논문에서는 소형 전기자동차의 제상성능 개선을 위하여 CFD 기반의 전산수치해석을 수행하였다. 자동차 전면유리에 뜨거운 공기를 분사하는 제상 노즐과 가이드 베인의 각도를 변경하면서 제상 성능해석을 수행하였다. 전산수치해석 결과, 제상노즐 각도 $70^{\circ}$ 및 가이드 베인 설치 각도 $60^{\circ}$인 경우가 가장 우수한 제상성능을 보이는 것으로 분석되었다. 해석결과를 바탕으로 제상노즐과 가이드 베인을 제작하여 제상실험을 수행하였으며, 해석결과와 실험결과가 매우 유사함을 확인할 수 있었다. 또한 실험결과, 자동차 전면유리의 성에가 20분 이내 80% 제거됨을 확인 할 수 있어, FVMSS 103 규정을 만족하는 제상성능을 확보한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

As the residence time in the vehicle increases, the passenger desires a pleasant and stable riding environment in addition to the high driving performance of the vehicle. The windshield defrosting performance is one of the performance requirements that is essential for driver's safe driving. In orde...

주제어

#Defrost   #Windshield   #CFD   #Defrost Nozzle   #Guide Vane   #Electric Vehicle  

표/그림 (15)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 2인용 소형 전기자동차의 제상 성능 향상을 위하여 전산유체역학(CFD) 해석을 수행하여, 전면 유리에 생성된 성에를 효과적으로 제거 할 수 있는 제상 노즐 및 가이드 베인의 설계 방안을 제안하였다.
  • 본 논문에서는 소형 전기자동차의 제상성능 개선을 위하여 전산유체해석을 수행하였다. 자동차 전면유리에 고온의 공기를 분사하는 제상노즐의 각도를 선정한 후 가이드 베인을 추가로 설치하여 설치 각도 변경에 따른 해석을 수행함으로써 가장 우수한 성능을 보이는 제상설계조건을 도출하고자 하였다.
  • 전산유체역학 해석은 주로 설계 단계에서 열전달 및 유체 거동의 경향을 파악하기 위해 활용된다. 본 연구에서는 전면 유리에 생성되는 성에를 효율적으로 제거하기 위해 제상 노즐 각도와 가이드 베인의 설치 각도를 변경하여, 제상성능을 향상시키고자 하였다.

가설 설정

  • 전면유리 위의 성에는 0.5 mm로 균일한 두께로 분포한다고 가정하였으며, 차량 내부와 외부의 온도는 -20℃로 설정하여, 혹한기의 좋지 않은 환경을 고려하였다. 또한, 실제 현상에서 차량 내부의 온도는 저온에서부터 서서히 상승하게 되는데, 이와 같은 대류 현상을 고려하기 위해 온도에 따른 공기의 밀도 변화를 주었으며, 제상 노즐에서 토출되는 속도 및 온도는 일반 승용차량의 제상해석[4-7]과 동일하게 5m/s와 30℃로 설정하여 해석을 진행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제상기능의 역할은 무엇인가? 자동차는 단순한 이동 수단을 넘어 운전자와 승객의 안정감, 쾌적함을 제공할 수 있는 실내 환경을 갖도록 요구 받고 있다[1]. 혹서기와 혹한기에는 에어컨과 히터의 성능에 따라 탑승자의 승차 환경이 달라지고 있으며, 특히 혹한기에는 차량 전면유리에 서리(frost) 및 성에가 생겨 운전자의 시야를 방해하여 안전운행에 좋지 않은 영향을 미치기도 한다[2] 일반 승용차량과 마찬가지로 전기자동차의 경우에도 쾌적한 실내 환경 유지와 제어는 물론 운전자의 안전을 위해서 냉난방이 가능한 적절한 에어컨 시스템과 겨울철 전방유리면에 결빙된 성에를 효율적으로 제거할 수 있는 제상기능이 필요하며 이는 국내는 물론 외국에서의 도로주행을 대비하여 반드시 갖추어야 할 필수기능이라 할 수 있다. 특히 전기 자동차는 일반 차량과 다르게 배터리의 소모가 차량 운행 거리에 영향을 미치기 때문에 최소의 전기를 소모하여 성에를 효율적으로 제거해야 할 필요가 있다.
전기자동차에서 제상기능이 더욱 개발되어야 하는 이유는? 혹서기와 혹한기에는 에어컨과 히터의 성능에 따라 탑승자의 승차 환경이 달라지고 있으며, 특히 혹한기에는 차량 전면유리에 서리(frost) 및 성에가 생겨 운전자의 시야를 방해하여 안전운행에 좋지 않은 영향을 미치기도 한다[2] 일반 승용차량과 마찬가지로 전기자동차의 경우에도 쾌적한 실내 환경 유지와 제어는 물론 운전자의 안전을 위해서 냉난방이 가능한 적절한 에어컨 시스템과 겨울철 전방유리면에 결빙된 성에를 효율적으로 제거할 수 있는 제상기능이 필요하며 이는 국내는 물론 외국에서의 도로주행을 대비하여 반드시 갖추어야 할 필수기능이라 할 수 있다. 특히 전기 자동차는 일반 차량과 다르게 배터리의 소모가 차량 운행 거리에 영향을 미치기 때문에 최소의 전기를 소모하여 성에를 효율적으로 제거해야 할 필요가 있다.
혹한기에 발생하는 전면유리의 서리(frost) 및 성에의 악영향은? 자동차는 단순한 이동 수단을 넘어 운전자와 승객의 안정감, 쾌적함을 제공할 수 있는 실내 환경을 갖도록 요구 받고 있다[1]. 혹서기와 혹한기에는 에어컨과 히터의 성능에 따라 탑승자의 승차 환경이 달라지고 있으며, 특히 혹한기에는 차량 전면유리에 서리(frost) 및 성에가 생겨 운전자의 시야를 방해하여 안전운행에 좋지 않은 영향을 미치기도 한다[2] 일반 승용차량과 마찬가지로 전기자동차의 경우에도 쾌적한 실내 환경 유지와 제어는 물론 운전자의 안전을 위해서 냉난방이 가능한 적절한 에어컨 시스템과 겨울철 전방유리면에 결빙된 성에를 효율적으로 제거할 수 있는 제상기능이 필요하며 이는 국내는 물론 외국에서의 도로주행을 대비하여 반드시 갖추어야 할 필수기능이라 할 수 있다. 특히 전기 자동차는 일반 차량과 다르게 배터리의 소모가 차량 운행 거리에 영향을 미치기 때문에 최소의 전기를 소모하여 성에를 효율적으로 제거해야 할 필요가 있다.
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참고문헌 (7)

  1. H. H. Jeon, S. B. Ko and K. B. Lee, "A Numerical Study on Automobile Interior Environment" Korean Journal of Air-conditioning and refrigeration engineering, Vol.19, No.1, pp. 36-42, 2007. 

  2. S. J. Kang, Y. D. Jun and K. B. Lee, "A Numerical Study of a Vehicle Windshield Defrosting Mechanism", Journal of Energy Engineering , Vol. 19, No. 3, pp. 151-155, 2010. 

  3. S. N. Patil, P. D. Sonawane, "Survey on Recent trends in Computational & Experimental Technique to Evaluate Performance of Air Flow in Defrost/Demist System for Automobile" Int. J. of Engineering and Computer Science, Vol.3, No.7, pp. 6859-6862, 2014 

  4. S. H. Kang, J.H. Lee and J.S. Byun, "3D Unsteady Numerical Analysis to Design Defrosting System of Automotive Windshield Glass", Transactions of KSAE, Vol. 15, No. 5, pp.1-8, 2007. 

  5. Y. M Youn, F. Kader, Kum-Bae Lee and Yong-Du Jun, "Numerical Study on Control Factors of Defrosting Performance for Automobile Windshield Glass in Winter", Kor. J. Air-Cond. Refrig. Eng., Vol. 20, No.12, pp. 789-794, 2008. 

  6. D. J. Kim and J. K. Lee, "Effects of an Inlet Guide Vane on the Flowrate Distribution Characteristics of the Nozzle Exit in a Defrost Duct System", Transactions of KSAE, Vol. 16, No. 4, pp.88-96, 2008. 

  7. D. J. Kim, H. J. Kim, J. K. Lee and B. J. Rho, "An Experimental Study on the Flow Characteristics with the Impinging Angles of Defrost Nozzle Jet Inside a Vehicle Passenger Compartment", The Korean Society of Mechanical Engineers, Vol. 31(12), pp.1024-1032, 2007. 

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