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문제 정의
- 본 연구에서는 스크롤 압축기 내에서의 냉매 압축과정에 대한 시뮬레이션을 통하여 누설의 영향과 열전달의 영향을 확인할 수가 있었다. 또한 실험 결과와의 비교로부터 냉매 압축과정에 대한 시뮬레이션에서 스크롤간의 접촉 열전달이 스크롤 치형의 온도 분포에 중요한 요소가 될 수 있다는 예측을 할 수 있었다.
- 본 연구에서는 자동차용 스크롤 압축기를 연구대상으로 하여 냉매의 압축과정에 대한 해석을 시도하였다. 본 해석 과정에서는 냉매의 누설 및 냉매와 스크롤 사이의 열전달 현상을 모사하였으며, 이를 위하여 압축기의 회전수를 변화시키면서 실험을 수행하였고, 실험결과와 계산 결과를 비교하였다.
가설 설정
- (5) Lee 는 중심부가 PMP(Perfect Meshing Profile) 스크롤 형상으로 이루어진 자동차용 스크롤 압축기에 대하여 시뮬레이션에 의한 성능해석을 하였다.(2) 이 연구에서는 누설을 노즐 유동으로 가정하여 계산하였으며, 냉매인 R134a의 실제 상태 식을 이용하였다. 또한 토출밸브의 거동을 고려하였지만, 냉매와 스크롤간의 열전달 현상은 고려하지 않았다.
- 이 연구에서는 냉매와 스크롤간의 대류 열전달뿐만 아니라 스크롤 상호간의 접촉 열전달도 고려하였으며, 실험을 통하여 이 열전달의 존재를 또한 확인하였다.(6) Kange 반경방향의 누설에 대하여 준 1차원 가정을 하여 계산하였고, 냉매와 스크롤 간의 열전달에 대한 고려에서는 덕트의 곡률을 고려한 열전달계수를 사용하였다. 다만 이 연구에서 스크롤의 온도 분포는 균일하다고 가정하였다.
- (6) Kange 반경방향의 누설에 대하여 준 1차원 가정을 하여 계산하였고, 냉매와 스크롤 간의 열전달에 대한 고려에서는 덕트의 곡률을 고려한 열전달계수를 사용하였다. 다만 이 연구에서 스크롤의 온도 분포는 균일하다고 가정하였다.(4)
- 4에 나타낸 바와 같이 고정 스크롤과 회전 스크롤을 각각 30o 의 인벌류트 각도를 갖는 26개의 요소로 분할하였다. 본 연구에서는 이들 요소들 내부에서의 온도 분포는 균일하다고 가정하였다.
- 스크롤 사이에 형성되는 밀폐체적 내부에서의 냉매의 온도는 균일하다고 가정하였고, 냉매의 온도변화율은 에너지 방정식으로부터 다음과 같이 구하였다.
- 흡입과정 중의 냉매의 흡입, 압축 후의 토출 과정, 그리고 누설에 대한 질량유량은 모두 노즐 유동으로 가정하여 다음의 식으로부터 구하였다.
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