[논문]차량 창문 개폐에 따른 내부에서의 유동 해석으로의 융합적 고찰

오범석; 조재웅

doi:10.15207/jkcs.2020.11.2.155

차량 창문 개폐에 따른 내부에서의 유동 해석으로의 융합적 고찰
Convergent Investigation with Internal Flow Analysis According to the Opening and Closing of Vehicle Window 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.11 no.2, 2020년, pp.155 - 160

오범석 (공주대학교 기계자동차공학부) , 조재웅 (공주대학교 기계자동차공학부)

초록
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본 연구에서는 자동차 창문의 개폐에 따라 공기의 내부 유동 해석을 통하여 여름철에 운전자와 동승자의 쾌적한 운전환경을 고찰하였다. 실제 운전 환경을 고려하여, 자동차 창문 개폐 상태로서의 에어컨 입구 조건들을 유동 해석에 적용하였다. 자동차 에어컨 토출구, 시트 그리고 실내를 모델링하였고, 차 내부에서의 공기유동을 해석하여 공기의 유동형상과 내부의 온도분포를 확인하였다. 본 해석에서는 공기 유입부와 배출구를 정하고 자동차 내부를 단열상태로 가정하고 내부공기와 창문 개폐의 영향만을 고려해서 결과를 보았다. 각 조건들의 해석을 고찰해보면 본 연구 모델들이 쾌적한 환경이 유지됨을 알 수 있었다. 차량 창문 개폐에 따른 내부에서의 유동에 대한 본 해석 결과는 디자인 분야에 융합하여 적용될 수 있다고 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the pleasant driving environment of the driver and passenger in the summer was investigated through the internal flow analysis of air due to the opening and closing of the car windows. The conditions on the entrance of the air conditioner with the opening and closing status of vehicle window were applied to the flow analysis by taking into consideration the actual driving environment. The automotive air conditioning outlet, the seat and the inside of car were modeled. As the air flow inside the car was analyzed, the air flow configuration and the temperature distribution were examined. In this analysis, the results were taken in consideration of only the effects of internal air and the opening and closing of window, assuming the interior of the vehicle as insulation. The analysis of each condition shows that these models maintain a pleasant environment. It is seen that this analysis result on the internal flow analysis according to the opening and closing of vehicle window can be applied by converging with the field of design.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Arbitrarily designated opening window models
표 Table 1. Meshes of opening window models of A, B, C
그림 Fig. 2. Air flow shape
그림 Fig. 3. Temperature inside of a car

AI 본문요약
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문제 정의

자동차 실내의 쾌적성을 위해 중요한 것이 차내 공기의 온도와 적절한 환기를 통한 공기의 질이다. 그리고 실제 여름철에는 대부분의 운전자들이 에어컨을 가동하고 운전을 하는데, 실내 온도유지와 환기성에 영향을 미치는 핵심적인 요소가 내부유입 공기 온도, 에어컨, 창문 개폐 상태라 가정하고 이 가정이 얼마나 타당하고 효율성이 있는지 판단하기 위하여 연구를 하였다. 실제로 사용되는 자동차 에어컨 토출구와 자동차 내부를 참고하여 가상의 자동차의 에어컨 토출구, 창문과 내부를 간략화해서 CATIA로 모델링하였다[1-5].

가설 설정

본 연구에서는 ANSYS를 이용하여 차량 내부 공기의 유체 모델에 대하여 유입 공기의 속도 및 온도 조건을 부여하고 창문의 개폐 상태에 따른 차량 내부에서의 공기의 유동해석을 하였다. 자동차 내부는 엔진과 내부로의 열손실이 없는 단열 상태라고 가정하였고 창문의 개폐 위치에 대한 변화를 주었다. 자동차 내부로 들어오는 에어컨으로 인한 공기의 유동 속도는 3m/s, 온도는 18℃ 로 고정해 주었다.

제안 방법

1) 본 연구에서는 차량 내부 공기의 유체 모델에 대하여 유입 공기의 속도 및 온도 조건을 부여하고 창문의 개폐 상태에 따른 차량 내부에서의 공기의 유동해석을 하였다. 내부유입공기온도는 291°K(18℃), 유입 공기 유속은 3m/s로 지정하였다.
Fig. 1은 본 연구에서의 모델의 형상들로서 실제 자동차의 전면에서의 사각형의 3 부분들에서 입구(Inlet) 조건을 주고, 에어컨 토출구와 출구(Outlet)로서 차량의 좌우측 면에서의 4가지 창문들 및 차량의 지붕에 있는 썬루프로 설정하였다. 그리고 자동차 내부를 참고하여 실제 치수를 축소하여 CATIA를 이용하여 3D 모델링을 하였다.
1은 본 연구에서의 모델의 형상들로서 실제 자동차의 전면에서의 사각형의 3 부분들에서 입구(Inlet) 조건을 주고, 에어컨 토출구와 출구(Outlet)로서 차량의 좌우측 면에서의 4가지 창문들 및 차량의 지붕에 있는 썬루프로 설정하였다. 그리고 자동차 내부를 참고하여 실제 치수를 축소하여 CATIA를 이용하여 3D 모델링을 하였다. 또한 Fig.
본 연구에서는 자동차 에어컨 토출구, 차량의 측면에서의 창문들 및 썬루프를 설정하였고 차량의 실내의 공기를 유체 모델로 하였다. 그리고 차량 내부에서의 공기 유동을 해석하여 차량 내부에서의 공기의 유동형상과 내부온도분포를 확인하였다.
그리고 그림 (h)는 앞좌석에서 맴도는 공기도 있고 열린 뒷 창문 쪽으로 공기가 대부분 나가는 것을 볼 수 있다. 다음은 창문 개폐의 위치에 따라 차량 내부에서의 온도 분포를 알아보았다. 창문 개폐 위치에 의한 차량내부의 온도결과를 보기 위하여 엔진과 내부로의 열손실은 배제하였다.
실제로 사용되는 자동차 에어컨 토출구와 자동차 내부를 참고하여 가상의 자동차의 에어컨 토출구, 창문과 내부를 간략화해서 CATIA로 모델링하였다[1-5]. 또한 3D모델링된 에어컨 토출구와 자동차 내부를 ANSYS를 이용하여 유동해석을 하였다[6-10]. 이 결과를 통하여 다양한 환경을 조성하여 각 모델들을 비교함으로써 실제 자동차 운행 시, 차량 내부로 유입되는 공기의 유속을 실제 자동차 에어컨의 유속으로 적용시켜 차량내부의 환경을 최적으로 유지할 수 있는 창문 개폐의 상태를 서로 비교함으로써 차량 내부에서의 공기의 온도 및 유동속도를 고찰하였다[11-15].
본 연구에서는 ANSYS를 이용하여 차량 내부 공기의 유체 모델에 대하여 유입 공기의 속도 및 온도 조건을 부여하고 창문의 개폐 상태에 따른 차량 내부에서의 공기의 유동해석을 하였다. 자동차 내부는 엔진과 내부로의 열손실이 없는 단열 상태라고 가정하였고 창문의 개폐 위치에 대한 변화를 주었다.
본 연구에서는 자동차 에어컨 토출구, 차량의 측면에서의 창문들 및 썬루프를 설정하였고 차량의 실내의 공기를 유체 모델로 하였다. 그리고 차량 내부에서의 공기 유동을 해석하여 차량 내부에서의 공기의 유동형상과 내부온도분포를 확인하였다.
그리고 실제 여름철에는 대부분의 운전자들이 에어컨을 가동하고 운전을 하는데, 실내 온도유지와 환기성에 영향을 미치는 핵심적인 요소가 내부유입 공기 온도, 에어컨, 창문 개폐 상태라 가정하고 이 가정이 얼마나 타당하고 효율성이 있는지 판단하기 위하여 연구를 하였다. 실제로 사용되는 자동차 에어컨 토출구와 자동차 내부를 참고하여 가상의 자동차의 에어컨 토출구, 창문과 내부를 간략화해서 CATIA로 모델링하였다[1-5]. 또한 3D모델링된 에어컨 토출구와 자동차 내부를 ANSYS를 이용하여 유동해석을 하였다[6-10].
이 결과를 통하여 다양한 환경을 조성하여 각 모델들을 비교함으로써 실제 자동차 운행 시, 차량 내부로 유입되는 공기의 유속을 실제 자동차 에어컨의 유속으로 적용시켜 차량내부의 환경을 최적으로 유지할 수 있는 창문 개폐의 상태를 서로 비교함으로써 차량 내부에서의 공기의 온도 및 유동속도를 고찰하였다[11-15].
창문 개폐 위치에 의한 차량내부의 온도결과를 보기 위하여 엔진과 내부로의 열손실은 배제하였다. 최고온도는 40℃ 이고 최저온도는 18℃로 지정하였고 온도를 11단계로 나누어 주었다.

성능/효과

2) 창문 개폐 위치에 따른 차량 내부의 공기 유동 형상에 따라 내부의 온도분포의 변화를 확인하기 위해서 엔진과 내부로의 열 손실은 배제하였다. 본 해석 결과를 비교해 본 결과, 291-298°K(18-25℃)가 뒷좌석에 분포될 때 환기성이 좋게 나타났다.
본 해석 결과를 비교해 본 결과, 291-298°K(18-25℃)가 뒷좌석에 분포될 때 환기성이 좋게 나타났다.
내부유입공기온도는 291°K(18℃), 유입 공기 유속은 3m/s로 지정하였다. 에어컨으로부터 나온 공기가 빠져나갈 창문의 개폐 위치를 변화시키면서 환기성이 가장 높은 조건은 차량의 옆 창문 4개와 썬루프 1개가 열렸을 때임을 확인할 수 있었다.
본 해석 결과를 비교해 본 결과, 291-298°K(18-25℃)가 뒷좌석에 분포될 때 환기성이 좋게 나타났다. 창문 개폐 위치가 차량의 옆 창문 4개와 썬루프 1개가 열렸을 때, 차량의 옆 창문이 4개 모두 열렸을 때, 차량의 앞 창문 2개가 열렸을 때 및 차량의 뒤 좌석 창문 2개가 열렸을 때, 비교적 환기성 좋은 온도 분포가 나타났다. 그 중 차량의 창문 4개와 선루프 1개가 열렸을 때 가장 환기성이 좋은 온도 분포를 나타냈다.

후속연구

그 중 차량의 창문 4개와 선루프 1개가 열렸을 때 가장 환기성이 좋은 온도 분포를 나타냈다. 또한 본 해석 결과는 디자인 분야에 융합하여 이용될 수 있다고 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	창문 개폐 위치에 따른 차량 내부의 공기 유동 형상에 따라 내부의 온도분포의 변화를 확인하기 위해서 엔진과 내부로의 열 손실을 배제하여 해석한 결과는 어떠한가?	2) 창문 개폐 위치에 따른 차량 내부의 공기 유동 형상에 따라 내부의 온도분포의 변화를 확인하기 위해서 엔진과 내부로의 열 손실은 배제하였다. 본 해석 결과를 비교해 본 결과, 291-298°K(18-25℃)가 뒷좌석에 분포될 때 환기성이 좋게 나타났다. 창문 개폐 위치가 차량의 옆 창문 4개와 썬루프 1개가 열렸을 때, 차량의 옆 창문이 4개 모두 열렸을 때, 차량의 앞 창문 2개가 열렸을 때 및 차량의 뒤 좌석 창문 2개가 열렸을 때, 비교적 환기성 좋은 온도 분포가 나타났다. 그 중 차량의 창문 4개와 선루프 1개가 열렸을 때 가장 환기성이 좋은 온도 분포를 나타냈다. 또한 본 해석 결과는 디자인 분야에 융합하여 이용될 수 있다고 보인다.
	자동차 실내의 쾌적성을 위해 중요한 것은 무엇인가?	현재 자동차 연구 단계에서 공조시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 자동차 실내의 쾌적성을 위해 중요한 것이 차내 공기의 온도와 적절한 환기를 통한 공기의 질이다. 그리고 실제 여름철에는 대부분의 운전자들이 에어컨을 가동하고 운전을 하는데, 실내 온도유지와 환기성에 영향을 미치는 핵심적인 요소가 내부유입 공기 온도, 에어컨, 창문 개폐 상태라 가정하고 이 가정이 얼마나 타당하고 효율성이 있는지 판단하기 위하여 연구를 하였다.
	현재 자동차 연구 단계에서 관심이 높아지고 있는 것은 무엇인가?	현재 자동차 연구 단계에서 공조시스템에 대한 관심이 높아지고 있다. 자동차 실내의 쾌적성을 위해 중요한 것이 차내 공기의 온도와 적절한 환기를 통한 공기의 질이다.

참고문헌 (15)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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