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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이창언
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수10
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2021
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본 연구에서는 GT-POWER를 이용하여 로브 수가 3인 지로터 펌프에서 유래한 신형 로터리 엔진(GP3 RTE)에 대하여 1D CFD 해석 모델들을 개발한다. 이 모델들은 GP3 로터리 엔진의 흡?배기 창 및 포트의 고유 특성을 유효면적으로써 단계별로 고려한다. 본 논문에서는 각 인자가 성능에 끼치는 영향을 판단하기 위해 모델들을 비교하며, step 4 가상 왕복동(VRE) 모델이 3D CFD 해석 결과와 비교하여 검증된다. 또한, step 4 VRE 모델을 포트 위치 및 운전조건 최적화를 위한 모델로 사용한다. 최적화 해석에 필요한 유효면적은 간단한 프로그램을 개발하여 구하였으며, 포트 위치에 따른 유효면적의 변화 특성을 분석한다. 최적화는 우선 간이 최적화를 통해 10개의 케이스들을 선별하고, 이들을 대상으로 흡?배기포트 위치 및 운전조건을 변화시키며 최적 조건을 도출한다. 본 연구를 통해 얻어진 결과는 다음과 같다.
GP3 RTE를 모사한 VRE의 실린더는 SRA에 따른 체적은 거의 동일하며, 표면적도 TDC 근방의 좁은 구간을 제외하면 잘 모사한다.
개발한 단계별 모델들의 비교를 통하여 모델 단계에 따라 엔진의 성능이 민감하게 변화함을 알 수 있다.
Step 4 VRE 모델은 CONVERGE 모델과 동일하게 GP3 RTE에 대하여 흡입 연료량, 도시 출력, 도시 효율 및 EGR률을 잘 예측하였으며, 고유한 유동 현상 또한 올바르게 반영한다.
주요 해석 대상 케이스들을 선정하기 위해 IMEP와 열효율에 대해 간이 최적화를 실시하였으며, 이 과정에서 흡?배기포트의 위치는 열효율에 미치는 영향이 미미한 것을 확인하였다.
주요 해석 대상은 IMEP를 기준으로 SoI ?60 ~ -50, SoE 480 ~ 520 사이의 총 10개의 케이스를 선정하였으며, 최적화는 이 10개의 케이스들에 대하여 수행하였다.
IMEP는 case 8, 3,000 RPM, BTDC 0의 조건에서 8.64 bar로 가장 높았으며, RPM이 상승함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 또, 일반적으로 SoI ?50, SoE 500의 포트 위치에서 IMEP가 높았다. 점화 타이밍은 왕복동 엔진과 마찬가지로 낮은 RPM에서는 BTDC 0, 10이, 높은 RPM에서는 이보다 진각시킨 점화 타이밍에서 높은 IMEP가 얻어졌다.
열효율은 case 1, 6,000 RPM, BTDC 20에서 37.9 %로 가장 높았다. 열효율은 RPM이 상승함에 따라 증가하였으며, SoI ?50과 SoI ?60에서 큰 차이를 보이지 않았고, SoE가 커짐에 따라 상승하였다. 점화 타이밍은 주로 BTDC 10, 20에서 높은 열효율이 얻어졌다.
본 논문에서 도출한 포트 최적 설계 인자들은 그들을 중심으로 3D CFD 최적 설계 해석을 수행할 경우, 해석 대상의 수를 줄여 계산 비용을 최소화 할 수 있는 귀중한 자료로 판단된다. 또한, 본 연구에서 개발한 1D 모델은 변경된 정보만을 제공하여 인자 변화에 따른 성능 및 유동을 수월히 예측하기 때문에 추후 챔버 및 흡?배기 창의 형상 등의 최적화 설계를 수행하는 데에도 매우 유용한 도구로 사용될 것이다.
GP3 RTE를 모사한 VRE의 실린더는 SRA에 따른 체적은 거의 동일하며, 표면적도 TDC 근방의 좁은 구간을 제외하면 잘 모사한다.
개발한 단계별 모델들의 비교를 통하여 모델 단계에 따라 엔진의 성능이 민감하게 변화함을 알 수 있다.
Step 4 VRE 모델은 CONVERGE 모델과 동일하게 GP3 RTE에 대하여 흡입 연료량, 도시 출력, 도시 효율 및 EGR률을 잘 예측하였으며, 고유한 유동 현상 또한 올바르게 반영한다.
주요 해석 대상 케이스들을 선정하기 위해 IMEP와 열효율에 대해 간이 최적화를 실시하였으며, 이 과정에서 흡?배기포트의 위치는 열효율에 미치는 영향이 미미한 것을 확인하였다.
주요 해석 대상은 IMEP를 기준으로 SoI ?60 ~ -50, SoE 480 ~ 520 사이의 총 10개의 케이스를 선정하였으며, 최적화는 이 10개의 케이스들에 대하여 수행하였다.
IMEP는 case 8, 3,000 RPM, BTDC 0의 조건에서 8.64 bar로 가장 높았으며, RPM이 상승함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 또, 일반적으로 SoI ?50, SoE 500의 포트 위치에서 IMEP가 높았다. 점화 타이밍은 왕복동 엔진과 마찬가지로 낮은 RPM에서는 BTDC 0, 10이, 높은 RPM에서는 이보다 진각시킨 점화 타이밍에서 높은 IMEP가 얻어졌다.
열효율은 case 1, 6,000 RPM, BTDC 20에서 37.9 %로 가장 높았다. 열효율은 RPM이 상승함에 따라 증가하였으며, SoI ?50과 SoI ?60에서 큰 차이를 보이지 않았고, SoE가 커짐에 따라 상승하였다. 점화 타이밍은 주로 BTDC 10, 20에서 높은 열효율이 얻어졌다.
본 논문에서 도출한 포트 최적 설계 인자들은 그들을 중심으로 3D CFD 최적 설계 해석을 수행할 경우, 해석 대상의 수를 줄여 계산 비용을 최소화 할 수 있는 귀중한 자료로 판단된다. 또한, 본 연구에서 개발한 1D 모델은 변경된 정보만을 제공하여 인자 변화에 따른 성능 및 유동을 수월히 예측하기 때문에 추후 챔버 및 흡?배기 창의 형상 등의 최적화 설계를 수행하는 데에도 매우 유용한 도구로 사용될 것이다.
목차
제 1장 서론 11.1 연구 배경 11.2 연구 동향 31.3 연구 목적 및 방법 4제 2장 GP3 RTE 형상 및 작동과정 개요 62.1 GP3 RTE의 형상 개요 62.2 GP3 RTE의 작동과정 개요 8제 3장 GP3 RTE 해석용 VRE 모델링 103.1 GT-POWER 해석법 103.2 CONVERGE 해석법 163.3 VRE의 실린더 모델링 203.4 VRE의 흡?배기 유로 모델링 및 해석 맵 27제 4장 단계별 VRE의 비교 및 검증 354.1 격자 독립성 검정 354.2 단계별 VRE의 비교 374.3 성능 타당성 검증 394.4 유동 타당성 검증 42제 5장 VRE 모델을 이용한 최적화 485.1 흡?배기포트 위치에 따른 유효면적 485.2 간이 최적화 505.3 포트 위치 및 운전조건 최적화 52제 6장 결론 55참고문헌 57
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