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제안 방법
- Hyundai HiMSEN 엔진의 연료 분사 노즐이 연료 소비율 및 NOx 발생량에 미치는 영향을 평가하기 위해 3차원 연소해석을 수행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
- 노즐에 따른 연료분무특성을 규명하고 Reitz가 제시한 Wave 분열 모델[3]의 입력조건인 분무 원추각과 액적분열상수(B1) 등을 도출하기 위하여 연료분무가시화 실험[4]을 수행하였다.
- 또한 연소 해석을 통해 연료 분사 노즐의 홀 지름 및 개수 변화에 따른 엔진 연소 및 성능 특성을 검토하였다.
- 본 연구에서는 당사의 독자 개발 엔진인 HYUNDAI HiMSEN 엔진에 대하여 연료 분무 가시화 실험 및 상용 코드를 이용한 3차원 연료 분무 해석을 수행하여 해석 결과의 신뢰성을 먼저 평가하였다. 또한 연소 해석을 통해 연료 분사 노즐의 홀 지름 및 개수 변화에 따른 엔진 연소 및 성능 특성을 검토하였다.
- 분무 원추각은 Reitz & Bracco가 제시한 식을 사용하였고, 본 연구의 실험결과에 맞게 f(T)를 (1)과 같이 수정하였으며, Fig. 1에 노즐 홀 지름에 따라 측정된 분무 원추각과 비교하여 나타내었다.
- 연료 분사 노즐 홀 지름 및 개수의 변화가 NOx 발생량 및 연료 소비율에 미치는 영향을 알아보기 위하여 50% 부하 시, 9개의 노즐에 대하여 연소해석을 수행하였고, 노즐 형상의 효과를 고려하기 위하여 Sarre et al.가 제시한 모델을 사용하였으며, Table 1에 노즐 형상을 정리하여 나타내었다.
- 초기 액적 크기, 속도, 난류 및 노즐 형상 등에 영향을 받는 액적 분열 상수 B1는 (2)와 같이 연소실 내 평균 밀도의 함수로 도출하였고, Fig. 2에 연료침투길이에 대한 해석 및 실험 결과를 비교하였다.
이론/모형
- NOx 저감을 위한 노즐 형상 연구에 사용된 전산해석 도구는 상용 코드인 FIRE S/W이고, 해석 대상 엔진인 Hyundai HiMSEN 엔진의 사양을 Table 2에 나타내었다
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