[논문]고압기류 Relaxer의 노즐 유동에 관한 수치 해석적 연구

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박시우 ((재)한국섬유기계연구소) , 조경철 ((재)한국섬유기계연구소) , 이호준 ((재)한국섬유기계연구소) , 노석홍 ((재)한국섬유기계연구소) , 나혜중 (영남대학교 대학원) , 전두환 (영남대학교 섬유패션학부)

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본 연구는 유도관을 가지는 Relaxer Nozzle 시스템에서 확대되는 유도관의 각도와 노즐 압력비의 변화가 관 내부 유동에 미치는 영향을 모사하기 위하여 수치계산을 수행하였으며, 이에 따른 결과는 다음과 같다.
최근, 섬유기계 분야에서 노즐유동은 무북직기의 주노즐 및 서브노즐, 산자용 섬유 제조용 이젝터, 합사노즐, 방사노즐 등에 대 하여 활발한 연구가 수행중이다. 본 연구에서는 Relaxer의 노즐시스템(nozzle system)을 상용코드인 Fluent를 이용하여 수치모사를 통해 유동특성을 파악하고자 한다. 노즐 시스템에서 유도관의 기하학적 형상 변화와 운전 조건의 변화에 따른 노즐시스템 내부의 마하수 분포, 전압분포, 질량유량과의 관계를 살펴보고 노즐시스템의 중요한 역할인 포의 이송력과의 상관관계를 살펴보기 위하여 축방향 전단력을 계산하여 각각의 기하학적 조건 과 운전조건의 변화에 따른 결과를 비교하였다.

666까지 변화시켰다. 전온도(To)는 393.2K로 가정하였다. 수렴해의 판정을 위해서 질량, 운동량, 에너지, k e 과 0)의 잔차(residual)가 IxlO"5이하이고, 주유동과 유입부로 유입되는 질량유량을 유도관 의 출구 질량유량과 비교하여 질량유량의 차가 0.

2K로 가정하였다. 수렴해의 판정을 위해서 질량, 운동량, 에너지, k e 과 0)의 잔차(residual)가 IxlO"5이하이고, 주유동과 유입부로 유입되는 질량유량을 유도관 의 출구 질량유량과 비교하여 질량유량의 차가 0.1%이하로 되는 조건을 수치 해가 수렴하였다고 판정하였다.
2는 본 수치계산에 적용된 격자계와 경계조건을 나타 내었다. 격자는 사각정렬격자로 격자수는 대략 5만개 정도이며, 해의 정확도를 높이기 위해 노즐 목 출구 근처 부분, 유도관 벽면부분에 격자를 집중시켰다. 계산영역은 노즐시스템 내부영역과 외부영역으로 구성되며, 외부 영역은 가로 47.
본 연구에서는 Relaxer의 노즐시스템(nozzle system)을 상용코드인 Fluent를 이용하여 수치모사를 통해 유동특성을 파악하고자 한다. 노즐 시스템에서 유도관의 기하학적 형상 변화와 운전 조건의 변화에 따른 노즐시스템 내부의 마하수 분포, 전압분포, 질량유량과의 관계를 살펴보고 노즐시스템의 중요한 역할인 포의 이송력과의 상관관계를 살펴보기 위하여 축방향 전단력을 계산하여 각각의 기하학적 조건 과 운전조건의 변화에 따른 결과를 비교하였다.

Relaxer 노즐시스템은 유입부 주유동을 분출시키는 노즐부, 유도관으로 구성되며, 유동은 유입부로 유입되어 주유동과 혼합하여 유도관 출구 로 흘러간다. 노즐시스템의 기학학적 형상은 노즐시스템의 총길이 L, 입구직경 D, 그리고 출구직경 De로 각각 정의하였으며, L=943rran, D=164iran, Le=114mm이다. Fig.

본 연구에서는 유도관을 가지는 기류 Relaxer 에서 유도관을 가지는 노즐 내부 유동을 수치적으로 모사하기 위하여, Standard k-E 난류 모델을 사용하는 축대칭 압축성 Navier-Stokes 방정식에 유한체적법을 적용하였다. 지배방정식들은 대류항에 대해서는 2차 upwind scheme, 시간항은 multi-stage Runge-Kutta sccheme을 적용하여 이산화 하였다.
본 연구에서는 유도관을 가지는 기류 Relaxer 에서 유도관을 가지는 노즐 내부 유동을 수치적으로 모사하기 위하여, Standard k-E 난류 모델을 사용하는 축대칭 압축성 Navier-Stokes 방정식에 유한체적법을 적용하였다. 지배방정식들은 대류항에 대해서는 2차 upwind scheme, 시간항은 multi-stage Runge-Kutta sccheme을 적용하여 이산화 하였다.

1. 확대각이 5° 경우 x/L=0.2 영역에서 마하수가 최대가 되며, x/L=0.6이후부터 주유동과의 운동량교환으로 인 해 마하수가 증가하였다.
3. NRP가 증가함에 따라 전단력은 증가하며, 주유동과 혼합되는 x/L=0.6 이상에서 급격히 증가하였다

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