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스크린 필터 형상 설계 변경에 따른 관내 유동 및 차압 개선 연구
임영찬(Y. C. Lim),김동선(D. S. Kim),서현규(H. K. Suh) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
본 연구는 해수 여과 장치용 스크린 필터의 형상 설계 변경에 따른 관내 유동 및 차압 성능 개선 방안을 실험을 기초로 하여 수치 해석적 방법으로 수행되었다. 해석에 적용된 스크린 필터는 발전기 냉각 장치의 14 인치 해수 이물질 제거용 필터로, 작동 유체 유입 시 스크린 필터 적용에 따라 변화되는 관내 유동 특성과 차압 결과를 비교 분석하였다. 관내 유동 및 차압 특성 분석은 14 인치 관내에 스크린 필터가 존재하지 않는 해석 조건을 기준으로, 스크린 및 필터 형상 설계에 따른 각각의 해석 결과를 정리 비교하였다. 이를 위해 관내 유동 영역, 스크린 영역, 필터 영역은 3D 형상 모델링을 통해 실제 14 인치 스크린 필터 형상을 기반으로 설계하였고, Realizable k-epsilon 난류 모델을 적용하여 관내 유동장 및 압력 분포를 계산하였다. 작동 유체는 Water-liquid (H₂O)로 선정하였으며, 초기 입구 유속은 2 m/s 조건을 기준으로 관내 스크린 및 필터 적용에 따른 유동 해석 연구를 수행하였다. 해석 결과, 관내 스크린 형상 및 필터 적용에 따라 작동 유체의 유속이 스크린 전단에서 감소하며, 동시에 관내 압력이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 관내에 설치된 스크린 필터가 작동 유체의 내부 유동에 대한 접촉 면적을 증가시키고, 이로 인해 유체 저항이 발생하여 관내 유동 속도 감소 및 관내 압력 증가를 야기한 것으로 사료된다. 이러한 결과를 바탕으로, 필터 형상 특성 변경에 따른 관내 유동 현상과 과도한 압력 증가 문제를 개선하기 위한 후속 연구가 수행될 예정이다.
바이오디젤 대체물에 대한 화학반응 메커니즘의 축소가 3D CFD 엔진 시뮬레이션 결과에 미치는 영향
서현규(H. K. Suh),박인강(I. G. Park),서인수(I. S. Seo),임영찬(Y. C. Lim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
본 연구는 바이오디젤 연료 연소 해석 화학반응 메커니즘의 축소가 3D CFD (Computational Fluid Dynamics) 엔진 시뮬레이션에 미치는 영향을 파악하기 위해 수행되었다. 시뮬레이션에 사용된 모델 및 관련 상수는 바이오디젤 연료의 분무에 대한 3D CFD 시뮬레이션을 선행 연구하여 검증되었다. 바이오디젤 연료의 대체물로는 n-Heptane, Methyl Decanoate, Methyl 9-decenoate, 화학종(Species)에 다양한 물리 물성치(Physical Property)를 적용한 혼합물을 사용하였다. 해석에 사용한 축소 메커니즘은 DRG, Peak Concentration 및 Sensitivity Analysis 에 기반한 다양한 축소 방법을 통해 247 개의 화학종과 1,129 개의 반응식(Reaction)만으로 구성되었다. 이를 사용하여 3D CFD 엔진 시뮬레이션을 수행한 결과, 실험 데이터에 비해 점화지연(Ignition Delay) 이전 영역에서 연료의 저온 산화 반응이 높게 나타났으며, LTHR, 점화지연 시기 및 IMEP (Indicated Mean Effective Pressure) 결과에 대한 예측 정확도가 낮았다. 이러한 결과에 대한 원인 분석을 위해 상세 및 축소 메커니즘을 사용한 0D CVC 시뮬레이션을 수행한 결과, 축소 메커니즘은 제거된 반응들의 영향으로 인해 연료의 저온 산화를 제대로 모사하지 못하는 것으로 나타났다. 특히, 압축 행정과 유사한 분위기 조건에서 점화지연 이전에 과도한 연료 저온 산화로 인하여 챔버 온도가 높은 것으로 관찰되었다. 이는 해석에 사용된 메커니즘을 포함하여 많은 연구들에서 축소 메커니즘의 오차율 검증 수단으로 0D CVC 시뮬레이션의 점화지연 결과만을 고려한 것이 원인으로 판단된다. 따라서, 연료의 저온 산화 반응에 대한 주요 반응식의 반응속도 최적화가 동반된 바이오디젤 연료의 축소 메커니즘 개선에 대한 후속 연구가 필요하다고 사료된다.
분말야금 공법을 적용한 Flexible Impeller 펌프 용량별 Core-bush 성형 해석
민세훈(S. M. Min),박영수(Y. S. Park),서현규(H. K. Suh) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
본 연구는 Flexible Impeller 펌프의 용량에 따른 Core-bush 의 생산 시 예측되는 하중 및 응력 분포를 비교 분석하였다. 본 연구에 사용된 Flexible Impeller 펌프의 Core-bush 는 용량에 따라 Types 1 과 2 로 구분하여 적용하였다. 수치해석에서 원소재의 상대밀도는 분말야금 공법을 표현하기 위하여 70%로 설정하여 수치해석을 진행하였으며, 완성품의 부피 및 밀도를 고려하여 원소재의 길이 및 직경을 설정하였다. Flexible Impeller 펌프 용량별 Core-bush 성형해석 결과는 등가 응력(von-Mises Stress) 특성, 하중(Load) 특성, 결육(Under-fill) 특성, 경도(Hardness) 특성을 수치해석적으로 분석하였다. 용량이 큰 Type 1 과 용량이 작은 Type 2 모두 수치해석 결과에서 미충진 부분이 부분적으로 확인되나, 수치해석 프로그램 내 측정 툴을 이용하여 측정한 결과, 모두 공차 0.05 mm 이내로 생산 공정 시 문제가 없는 것으로 확인되었다. 펌프 용량이 큰 Type 1 의 경우 짧은 직경과 긴 길이로 인하여, 상부 금형과 하부금형이 맞닿는 부분인 소재의 상단부와 하단부에 높은 밀도의 영역이 많이 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 반면에 펌프 용량이 작은 Type 2 의 경우 큰 직경과 짧은 길이로 인하여 Type 1 에 비해 높은 밀도를 갖는 부분이 상대적으로 균일하게 분포하였다.