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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박수한
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 전남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2019
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연소성능 향상 및 배출가스 생성 저감을 위해 연소실 내에서의 균일한 연료-공기 혼합기(fuel-air mixture) 형성 및 미립화(atomization)의 향상은 필수적이다. 이를 위해 가솔린/디젤 엔진의 연료 분사 인젝터의 분사압력은 높아지고, 분공의 크기는 작아지고 있다. 이로 인하여 인젝터 노즐 오리피스에서 캐비테이션 유동(cavitating flow)이 발생하여 내부 유동 및 외부 유동에 다양한 영향을 끼치는 것으로 보고되었다. 특히, 캐비테이션 유동은 분무의 미립화와 분무특성에 영향을 끼치는 원인 중 하나이다. 그러므로 분사 및 분무 최적화를 통한 내연기관의 효율 향상과 배기배출물 저감을 위해서는 캐비테이션 현상에 대한 이해가 반드시 필요하다. 본 연구는 가솔린/디젤 인젝터를 모사한 상사된 아크릴 노즐을 사용하여 니들 위치와 L/W, R/W 조건에 따른 캐비테이션 길이, 캐비테이션 두께와 같은 내부유동 특성과 제트 유동과 분무각과 같은 외부 유동 특성에 대하여 조사하였다. 또한, 수력튀김구간에서 나타나는 분무가 활처럼 휘어 들어가는 현상과 캐비테이션 유동의 상관관계를 분석하였다.
엔진 연소실 내부로 연료를 직접 분사하는 GDI (gasoline direct injection) 엔진에서 연소 및 배출 특성에 많은 영향을 끼치는 연료-공기 혼합기의 균일성 확보는 매우 중요하다. 최근 연구 결과에 따르면 인젝터 내부유동은 1차 분열(primary breakup)을 포함한 노즐 부근의 분무특성에 영향을 주는 것으로 보고되었다. 따라서 연소실 내 균일한 혼합기를 형성하고 분무 , 형상을 제어하기 위해서는 인젝터 내부 유동에 대한 이해가 필수적이다. 또한, GDI 인젝터의 설계변수 중 하나인 스 텝홀 구조는 외부 유동인 노즐 부근의 분무특성에 영향을 끼칠 뿐만 아니라 인젝터의 노즐 팁 적심으로 인한 침적물 생성에 영향을 끼친다. 그러나 인젝터 내부 유동과 외부 유동을 복합적으로 고려하여 분무특성을 보고한 연구는 드물다. 본 연구에서는 GDI 인젝터를 모사한 석영 노즐을 이용하여 스텝홀 구조와 캐비테이션 유동이 노즐 부근 분무특성에 미치는 영향을 조사하였다. 또한, 스텝홀 구조에 따른 노즐 팁 적심 현상을 분사 초기 구간과 분사 종료 구간으로 세분화하여 정의하고 분석하였다.
엔진 연소실 내부로 연료를 직접 분사하는 GDI (gasoline direct injection) 엔진에서 연소 및 배출 특성에 많은 영향을 끼치는 연료-공기 혼합기의 균일성 확보는 매우 중요하다. 최근 연구 결과에 따르면 인젝터 내부유동은 1차 분열(primary breakup)을 포함한 노즐 부근의 분무특성에 영향을 주는 것으로 보고되었다. 따라서 연소실 내 균일한 혼합기를 형성하고 분무 , 형상을 제어하기 위해서는 인젝터 내부 유동에 대한 이해가 필수적이다. 또한, GDI 인젝터의 설계변수 중 하나인 스 텝홀 구조는 외부 유동인 노즐 부근의 분무특성에 영향을 끼칠 뿐만 아니라 인젝터의 노즐 팁 적심으로 인한 침적물 생성에 영향을 끼친다. 그러나 인젝터 내부 유동과 외부 유동을 복합적으로 고려하여 분무특성을 보고한 연구는 드물다. 본 연구에서는 GDI 인젝터를 모사한 석영 노즐을 이용하여 스텝홀 구조와 캐비테이션 유동이 노즐 부근 분무특성에 미치는 영향을 조사하였다. 또한, 스텝홀 구조에 따른 노즐 팁 적심 현상을 분사 초기 구간과 분사 종료 구간으로 세분화하여 정의하고 분석하였다.
목차
1. 서론 11.1. 연구배경 11.2. 연구동향 21.3. 연구목적 52. 캐비테이션 현상 62.1. 캐비테이션의 정의 62.2. 캐비테이션 기포의 생성 및 붕괴 72.3 인젝터 노즐에서 발생하는 캐비테이션 유동의 종류 83. 실험장치 및 방법 103.1. 상사노즐을 이용한 캐비테이션 유동가시화 장치 및 분석방법 103.2. 스텝홀 노즐 구조에 따른 캐비테이션 유동가시화 장치 및 분석방법 194. 실험결과 및 고찰 264.1. 상사 노즐에서의 캐비테이션 유동 특성 26가. 노즐 길이 대 두께 비율Length-to-width ratio의 영향 261 노즐 내부 및 외부 유동특성 262 니들위치에 따른 캐비테이션 수와 유량계수의 관계 313 니들위치에 따른 캐비테이션 길이, 두께, 분무각 비교 33나. 진원도 대 노즐 두께 비율Roundness-to-width ratio의 영향 401 니들위치에 따른 캐비테이션 수와 유량계수의 관계 402 니들위치에 따른 캐비테이션 길이, 두께, 분무각 비교 42다. 수력튀김 구간의 분무특성 534.2. GDI 인젝터의 스텝홀 노즐 구조 상사에 따른 노즐 부근 분무특성 55가. 개요 55나. 캐비테이션 유동 581 분사압력에 따른 캐비테이션 유 582 분사압력에 따른 분무 미립화 특성 62다. 스텝홀 조건에 따른 노즐 팁 적심 특성 671 노즐 팁 적심 현상의 정의 672 스텝홀 조건에 따른 노즐 팁 적심 현상의 분석 683 분사 초기 구간의 분무특성 744 분사 종료 구간의 분무특성 785. 결론 80References 82Abstract 89
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