본 연구에서는 콘 칼로리미터의 발열량 산출 값에 대한 신뢰성 평가를 위한 기초 연구로 산소소모지수법의 주요 인자인 질량유량에 관한 측정 불확도 관계식을 분석하였다. 본 연구에서 사용한 콘 칼로리미터의 덕트는 길이가 5 m이고 직경이 0.2 m로 내부가 완전히 빈 공간인 경우와 기공의 직경이 3 mm인 격자망 그리고 기공의 직경 10 mm와 기공률 0.76인 허니컴 형상의 덕트를 각각 제작하였다. 덕트 내부로 유입되는 질량유량을 산출하기 위해서 양방향 차압계와 온도센서를 유동의 수직방향으로 균일한 위치에 4개씩 설치하였으며, 레이놀즈 수 증가에 따른 속도구배와 유동의 섭동을 측정하였다. 그 결과 흡입용량이 증가할수록 난류강도에 비례하여 세 가지 형상 모두 속도구배가 증가하였으며, 95% 신뢰수준에서 질량유량에 대한 확장 불확도의 편차는 완전히 빈 공간, 격자망(dp = 3 mm) 그리고 허니컴(dp = 10 mm, 𝜖 = 0.76) 순으로 낮게 나타났다. 주목할 만한 점으로는 송풍기의 흡입용량이 가장 높은 조건일 때 격자망(dp = 3 mm)이 허니컴(dp = 10 mm, 𝜖 = 0.76) 형상에 비해서 흡입용량의 저항성은 높은데 비해서 질량유량의 확장불확도는 오히려 증가하였으며, 본 연구의 결과는 콘 칼로리미터의 덕트 내부 유동 안정성 향상을 위한 설계 자료의 활용이 가능할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 콘 칼로리미터의 발열량 산출 값에 대한 신뢰성 평가를 위한 기초 연구로 산소소모지수법의 주요 인자인 질량유량에 관한 측정 불확도 관계식을 분석하였다. 본 연구에서 사용한 콘 칼로리미터의 덕트는 길이가 5 m이고 직경이 0.2 m로 내부가 완전히 빈 공간인 경우와 기공의 직경이 3 mm인 격자망 그리고 기공의 직경 10 mm와 기공률 0.76인 허니컴 형상의 덕트를 각각 제작하였다. 덕트 내부로 유입되는 질량유량을 산출하기 위해서 양방향 차압계와 온도센서를 유동의 수직방향으로 균일한 위치에 4개씩 설치하였으며, 레이놀즈 수 증가에 따른 속도구배와 유동의 섭동을 측정하였다. 그 결과 흡입용량이 증가할수록 난류강도에 비례하여 세 가지 형상 모두 속도구배가 증가하였으며, 95% 신뢰수준에서 질량유량에 대한 확장 불확도의 편차는 완전히 빈 공간, 격자망(dp = 3 mm) 그리고 허니컴(dp = 10 mm, 𝜖 = 0.76) 순으로 낮게 나타났다. 주목할 만한 점으로는 송풍기의 흡입용량이 가장 높은 조건일 때 격자망(dp = 3 mm)이 허니컴(dp = 10 mm, 𝜖 = 0.76) 형상에 비해서 흡입용량의 저항성은 높은데 비해서 질량유량의 확장불확도는 오히려 증가하였으며, 본 연구의 결과는 콘 칼로리미터의 덕트 내부 유동 안정성 향상을 위한 설계 자료의 활용이 가능할 것으로 판단된다.
In this study, the mass flow rate of the heat release rate equation, which is the major factor of the oxygen consumption method, was analyzed for the fundamental investigation of the cone-calorimeter (5 m length and 0.3 m diameter). The shapes of a completely empty inside, 3 mm pore diameter mesh an...
In this study, the mass flow rate of the heat release rate equation, which is the major factor of the oxygen consumption method, was analyzed for the fundamental investigation of the cone-calorimeter (5 m length and 0.3 m diameter). The shapes of a completely empty inside, 3 mm pore diameter mesh and pore diameter 10 mm honeycomb with 0.76 porosity were constructed using the cone-calorimeter. To calculate the mass flow rate, four bi-directional probes and thermocouples were installed in a uniform position in the vertical direction of flow. The velocity gradient and flow perturbation were measured from the increase in Reynolds number. As the flow capacity increased, the speed gradient increased in all three shapes relative to the turbulence intensity. In addition, the deviation of extended uncertainty to the mass flow was completely low in the order of empty space, mesh (dp = 3 mm) and honeycomb (dp = 10 mm and 𝜖 = 0.76) at the 95% confidence level. The results can be used in designs to improve the flow stability of the cone calorimeter.
In this study, the mass flow rate of the heat release rate equation, which is the major factor of the oxygen consumption method, was analyzed for the fundamental investigation of the cone-calorimeter (5 m length and 0.3 m diameter). The shapes of a completely empty inside, 3 mm pore diameter mesh and pore diameter 10 mm honeycomb with 0.76 porosity were constructed using the cone-calorimeter. To calculate the mass flow rate, four bi-directional probes and thermocouples were installed in a uniform position in the vertical direction of flow. The velocity gradient and flow perturbation were measured from the increase in Reynolds number. As the flow capacity increased, the speed gradient increased in all three shapes relative to the turbulence intensity. In addition, the deviation of extended uncertainty to the mass flow was completely low in the order of empty space, mesh (dp = 3 mm) and honeycomb (dp = 10 mm and 𝜖 = 0.76) at the 95% confidence level. The results can be used in designs to improve the flow stability of the cone calorimeter.
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문제 정의
이러한 문제점을 해결하기 위해서 계측 부전단에 오리피스 또는 격자망을 삽입하여 유동이 균질한 상태를 형성해 주는 방법을 적용하고 있지만, 현재까지의 연구사례에서 배기 덕트 내부 형상 조건에 따른 유동특성을 비교 분석한 자료는 매우 부족한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 콘 칼로리미터 설계 시 신뢰성 있는 발열량 산출을 위한 기초 연구 자료를 구축하기 위해서 덕트 내부형상 변화에 따라서 질량유량의 편차 및 확장 불확도를 산출하였다.
본 연구에서는 콘 칼로리미터의 발열량 산출 값에 대한 신뢰성 평가를 위해서 산소소모지수법의 주요 인자인 질량유량에 관한 측정 불확도 관계식을 분석하였다. 이를 위해서 길이가 5 m이고 직경이 0.
제안 방법
76) 그리고 격자망(dp = 3 mm) 일 때 송풍기의 흡입용량 변화에 따른 식 (8)의 차압을 측정한 결과이다. 동일한 흡입용량 조건에서 반복시험에 대한 압렵 섭동의 편차를 고려하기 위해서 시간변화량에 따른 최대 및 최소 값을 고려하여 평균 차압과 표준 편차를 산출하였다. 그 결과 세 가지 형상 모두에 대해서 송풍기의 흡입용량이 증가할수록 난류강도에 비례하여 차압의 편차가 증가한 것을 확인할 수 있다.
0 m로 구성하였다. 배기 덕트 내부의 유속과 온도를 측정하기 위해서 덕트 흡입부에서 2.6 m 이격된 곳에 유동의 수직 방향으로 4개의 열전대(K-type)와 양방향유속계(Bi-directional probe)를 설치하여 설치각도에 따른 측정오차를 최소화 하였다(14). 또한 산소농도측정을 위해 교차형 다공성 가스포집배관을 설치하였다.
이를 위해서 길이가 5 m이고 직경이 0.2 m인 덕트에 대해서 내부가 완전히 빈 공간인 경우와 허니컴(dp = 10 mm, ε = 0.76) 그리고 격자망(dp = 3 mm)을 제작하여 각각에 대해서 질량유량에 관한 측정 불확도 관계식을 분석하였으며 다음과 같은 결과를 도출하였다.
본 연구에서 사용한 콘 칼로리미터의 계측장비 주요 사양은 Table 1과 같다. 콘 칼로리미터의 덕트 내부 형상 변화에 따른 유동 특성을 분석하기 위해서 내부가 완전히 빈 공간인 경우와 격자망 그리고 허니컴 형상을 제작하였으며, Figure 2와 Table 2는 각각의 형상에 관한 그림과 규격을 나타내었다.
대상 데이터
실험장치 구성은 Figure1과 같으며 구조는 포집후드, 덕트, 덕트형상(Honeycomb & mesh), 주요 계측부, 가스포집장치 그리고 제어 및 분석 장비로 구성되어있다. 그림에서 보듯이 배기 덕트는 연소 생성물을 포집하기 위해서 아연도금철판으로 제작 하였으며, 덕트 직경과 길이는 각각 0.2 m와 5.0 m로 구성하였다. 배기 덕트 내부의 유속과 온도를 측정하기 위해서 덕트 흡입부에서 2.
실험장치 구성은 Figure1과 같으며 구조는 포집후드, 덕트, 덕트형상(Honeycomb & mesh), 주요 계측부, 가스포집장치 그리고 제어 및 분석 장비로 구성되어있다.
성능/효과
동일한 흡입용량 조건에서 반복시험에 대한 압렵 섭동의 편차를 고려하기 위해서 시간변화량에 따른 최대 및 최소 값을 고려하여 평균 차압과 표준 편차를 산출하였다. 그 결과 세 가지 형상 모두에 대해서 송풍기의 흡입용량이 증가할수록 난류강도에 비례하여 차압의 편차가 증가한 것을 확인할 수 있다. 특히, 흡입용량 2.
둘째, 덕트 질량유량에 의한 발열량 산출값의 신뢰성을 분석하기 위해서 송풍기 용량 각각의 조건에 대해서 확장불확도를 산출하였으며, 그 결과 95% 신뢰수준에서 확장불확도의 편차는 완전히 빈 공간, 격자망(dp = 3 mm) 그리고 허니컴(dp = 10 mm, ε = 0.76) 순으로 낮게 나타났다.
셋째, 송풍기의 흡입용량이 가장 높은 2.24 kW 조건일 때 질량유량의 최대 편차와 확장불확도를 분석한 결과 격자망(dp = 3 mm)이 허니컴(dp = 10 mm, ε = 0.76) 형상에 비해서 흡입용량의 저항성은 높은데 비해서 질량유량의 확장불확도는 오히려 증가하였으며, 이러한 결과는 콘 칼로리미터 배기 덕트의 유동안정성을 고려하기 위해서 효율성 있는 형상인자의 선정이 중요한 것으로 사료된다.
즉, 본 연구에서 사용한 덕트 형상의 경우 격자망(dp = 3 mm)이 허니컴(dp = 10 mm, ε = 0.76) 형상에 비해서 흡입용량의 저항성은 높은데 비해서 유동의 편차는 오히려 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 결과는 콘 칼로리미터 배기 덕트의 유동안정성을 고려하기 위해서 효율성 있는 형상인자의 선정이 중요한 것으로 사료된다.
첫째, 덕트 내부의 흡입 용량이 증가할수록 난류강도에 비례하여 세 가지 형상 모두 양방향 유속계 차압의 편차가 증가하였으며, 동일한 흡입 용량 조건에서 차압의 편차는 허니컴(dp = 10 mm, ε = 0.76)이 ± 4.71% 정도로 가장 낮기 때문에 질량유량을 제외한 다른 매개 변수가 동일한 경우 발열량 산출값이 가장 안정적일 것으로 판단된다.
특히, 흡입용량 2.24 kW인 조건에서 덕트 내부가 빈 공간인 경우 양방향 유속계의 평균 차압은 180.27 Pa이고 최대 편차는 ±8.36%로 나타났으며, 허니컴(dp = 10 mm, ε = 0.76)을 삽입한 경우 평균 차압은 161.25 Pa이고 최대 편차는 ± 4.71%, 그리고 격자망(dp = 3 mm)의 평균 차압은 153.85 Pa이고 최대 편차는 ± 8.05% 정도로 나타났다.
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