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문제 정의
- 한다. 정상유동해석의 목적은 실제 엔진의 비정상 배기유동을 각 기통에 대한 정상 유동으로 모사하고 대표적인 평균 거동을 예측함으로써 배기매니버터의 유동특성을 빠르게 파악하기 위함이다. 물론 정상유동해석에 비해 실제 엔진에서의 조건에 좀 더 근접한 비정상유동해석을 통하여 각 실린더의 배기간섭을 고려한 해석을 하는 것도 중요하지만, 자동차 개발 기간의 단축에 빠르게 대응하기 위해서 정상유동해석을 수행하는 편이 효율적이다.
가설 설정
- 담체 내 유동은 축방향으로만 층류유동이 있고 반경 방향으로는 유동이 없는 다공성 매질(Porous Media)로 모델링 하였으며 상용코드인 STAR CD[3] 에서 제공하는 압력과 저항력 사이의 관계는 식 (2)와 같다. 여기서 αi와 βi는 선정된 담체의 특성값으로 반경방향의 질량전달이 없는 것으로 가정하여 큰 값으로 설정하였고, 주유동방향의 αi와βi는 임효재 등[4]이 정리한 식 (3)에 코팅 두께 및 Poiseuille 계수 등을 보정하여 계산하였다. 여기서 GSA(Geometric Surface Area)는 촉매의 단위 체적당 washcoat 의 면적을 나타내며, OFA(Open Frontal Area)는 촉매의 전체단면적 대비 유량이 흐르는 면적의 비율이다.
- 일반적으로 개발 설계 목적으로 유동특성에 대한 해석을 수행하는 경우 계산시간의 단축을 위하여 정상유동으로 가정을 한다. 정상유동해석의 목적은 실제 엔진의 비정상 배기유동을 각 기통에 대한 정상 유동으로 모사하고 대표적인 평균 거동을 예측함으로써 배기매니버터의 유동특성을 빠르게 파악하기 위함이다.
- 입구의 배기가스는 870P 공기로 가정하고 출구에는 출구압력조건을 사용하였으며 압력값은 실험에서 측정한 배압을 적용하였다. 배기 다기관 및 플랜지 파이프 내 3차원 난류유동 및 촉매변환기로 유입되는 고온의 배기가스의 속도와 압력분포를 계산하기위해 연속방정식, 운동량 방정식, 에너지방정식과 함께 이상기체 상태방정식을 사용하였다.
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