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완전접촉 경계면 위의 박막유동 특성을 이용한 고점도 전단유동에 따른 표면응력 감소 설계
박부성(Boo Seong Park),김보흥(Bo Hung Kim) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.12
회전원판 위 표면에 작용하는 유동 전단응력은 표면마모를 발생시키는 주원인이다. 유체는 원심력에 의해 가장자리까지 자유표면을 갖는 박막유동으로 전달된다. 표면마모는 받음각 또는 곡률에 따른 전단응력 정도에 비례하여 차이를 보이게 된다. 전산해석을 통한 속도분포 기울기로 받음각에 기준한 곡률의 전단응력비를 비교하였다. 곡률반경 변화에 따른 전단유동의 응력감소를 모델링하여 표면마모를 효율적으로 줄일 수 있는 최적구간을 결정하는 것이 본 연구의 주제이며, 이 연구결과는 회전무화나 박막코팅과 같은 박막유동을 활용하는 기구의 최적설계에 적용될 수 있다. The shear stress on a surface due to the thin film fluid flow is an important issue. In case of a rotating disk, the fluid is delivered to the edge of the disk by centrifugal force, which acts as a body force on the fluid. Wear of a surface is affected by the shear stress acting on the surface and curvature. In this study, we utilize computational fluid dynamics software to model the ratio of curvature and local shear stress on solid surfaces. The key goal of the study is to determine an optimized curvature for the thin film fluid flow on a solid surface in order to minimize the local shear stress affecting the wear of this surface. Our results on the effects of curvature will be utilized for the design of devices that utilize thin film fluid flow on a solid surface, such as rotating-disk spray systems and thin film coating.
박초희(Cho Hee Park),김보흥(Bo Hung Kim) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.12
엔진 마찰 저감은 엔진 개발의 중요한 항목이 되어왔다. 엔진의 기계적 마찰 손실 중 피스톤계의 마찰이 40~55%에 해당하고, 피스톤 부분의 마찰을 제거할 수 있다면 투입되는 전체 에너지의 5% 정도 향상시킬 수 있다. 엔진의 마찰 손실을 감소시키기 위해서 각 요소에서의 마찰 수준, 이에 영향을 미치는 인자에 대한 분석 및 다른 엔진들과의 비교분석이 필요하다. 하지만 기존 연구에서 마찰이 발생하는 윤활막의 연구들이 유체역학 바탕의 모델링에서 수행해 왔으나, 피스톤계의 윤활막이 크게는 마이크로에서 작게는 나노단위의 영역에 해당하므로 분자들간의 상호관계를 고려할 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 엔진 실린더 라이너를 따라 형성하는 유막의 운동을 미시적으로 접근하여 분자들간의 상호작용에 따른 마찰변화를 제시하고자 한다. Reducing the friction of engine parts is an important issue in engine design. The loss of energy in the piston assembly due to mechanical friction ranges from 40 to 55%, and there is an increase in the total energy of about 5% if the friction of the piston can be removed. In order to reduce the friction loss at the level of each engine part, it is necessary to perform a comparative analysis with other engines to determine the important factors affecting the energy loss. Several studies have been performed to analyze the lubrication based on hydrodynamic modeling, since a piston lubrication system has dimensions in the nanoscale to microscale domain. Therefore, it is necessary to determine the correlations between the molecular and continuum systems. In this study, we investigated the friction changes due to the various interactions between molecules in the wall/fluid interface, where a microscopic movement of the oil film occurs along the cylinder liner of the engine.
보텍스 파인더의 길이 변화에 따른 압력 강하 및 유동 특성에 대한 수치 해석 연구
정경훈(Gyeong Hun Jeong),김보흥(Bo Hung Kim) 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集B Vol.43 No.10
싸이클론 분리기는 싸이클론 원리를 이용하여 공기 중에 포함된 고체상 입자를 제거하는 장치이며 수소 연료 전지 공기정화 시스템에 활용될 수 있다. 본 연구는 전산유체역학을 이용하여 보텍스 파인더의 길이 변화에 따른 압력 강하 및 유동 특성에 대해 연구를 수행하였다. 보텍스 파인더의 길이 변화의 영향을 알아보기 위해 기본 모델과 보텍스 파인더 길이가 다른 4개의 모델을 해석하고 이를 비교하였다. 보텍스 파인더의 길이가 증가할수록 압력 강하도 커지는 경향을 보였다. 보텍스 파인더 길이가 증가함에 따라 접선 속도는 전체적으로 증가하는 경향을 보였다. Cyclone separator is a device that removes solid particles contained in air using the cyclone principle. This study performed computational fluid dynamics simulations of the pressure drop and flow characteristic with the change in the length of a vortex finder. To investigate the influence of the length change of the vortex finder, five cases in which the lengths of the vortex finder were different were analyzed and compared. As a result, the increase in the vortex-finder length increased the pressure drop, axial velocity at the center, and overall tangential velocity.
완전접촉 경계면 위의 박막유동 특성을 이용한 회전무화기의 형상 설계
박부성(Boo Seong Park),김보흥(Bo Hung Kim) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.12
벨 디스크(Bell disc, 오토마이저 Atomizer)를 사용한 회전식 도장기술은 뛰어난 도료 전달효율, 도장 패턴 및 입자크기의 균일성, 스프레이 건 방식에 비해 적은 압축공기 사용량 등의 장점이 있다. 또한 회전식 분무기는 모든 페인트 재료에 적용할 수 있고 자동차 연속도장 같은 대규모 도장이 필요한 환경에 적합하다. 도장기기의 성능과 밀접하게 관계된 도장품질은 벨 디스크 표면설계에 따른 액적 크기와 균일성에 의해 결정된다. 따라서 이번 연구는 도료의 점성, 밀도, 표면친화도 등의 염료 특성이 고려된 작동하는 벨 디스크의 회전수, 직경, 표면의 각도, 무화시의 박막두께에 대한 모델링을 시행하여 표면설계 방법의 기초를 수립하였다. A disc-type rotary atomizer affords advantages such as superior paint transfer efficiency, uniformity of paint pattern and particle size, and less consumption of compressed air compared to a spray-gun-type atomizer. Furthermore, it can be applied to all types of painting materials, and it is suitable for large-scale processes such as car painting. The painting quality, which is closely related to the atomizer performance, is determined by the uniformity and droplet size in accordance with the design of the bell disc surface. This study establishes the basics of how to design a surface by modeling the operating bell disc"s RPM, diameter, surface angle, and film thickness considering dye characteristics such as the viscosity, density, and surface affinity.