PIV를 이용한 실린더 내 유동 측정

목차

1. 서 론

2. 실험장치
2.1 PIV System
2.2 시험엔진
2.3 측정 데이터의 처리

3. 결과 및 해석
3.1 속도 유동장
3.1.1 와류-통상엔진
3.1.2 와류-고와류 엔진
3.1.3 텀블-통상엔진
3.1.4 텀블-고와류 엔진
3.2 와류비와 텀블비

4. 결 론

본문내용

상면의 와류비가 흡입 말기에 강하게 증가하고 있음을 볼 수 있는데 압축이 진행되면서 급격히 감소하고 있다.
대체로 실린더 내 유동 상황이 급변하는 상황에서 운동량 와류비는 변화가 심한데 비해 에너지 와류비는 안정된 모습으로 일정하게 감소하는 경향을 보여준다. 이는 Fig. 3에 나타난 바와 같이 그 평면 내 운동에너지는 크게 감소하지 않으나 유동의 형태가 점점 복잡해져서 나타난 결과로 사료된다.
Fig. 7 과 8에는 각각 통상 엔진과 고와류 엔진의 텀블비를 나타내었다. 대체로 텀블비의 경우 와류비와는 달리 운동량에 의한 계산이나 에너지에 의한 계산이 그 값에서 크게 차이를 보이지 않고 있다. 특히 압축과정 중에는 상당히 안정되어 있는데 그 이유는 기본적으로 압축의 진행에 따라 텀블 유동은 파괴되기 때문으로 판단된다. Fig. 4_F4에서 관찰되었던 역 텀블의 경우를 Fig. 8에서도 관찰할 수 있다.
이 경우 공히 운동량과 에너지 모두 큼을 알 수 있는데 다른 평면이나 시기에는 관찰이 되지 않는 것으로 보아 이 점에서만 나타나는 특이 현상으로 판단된다.
텀블은 외견 상 흡입 행정 중에 크게 나타나는 경향을 보이나 이는 유동 형태의 문제이거 그 에너지는 흡입초기부터 압축말기까지 꾸준히 감소하고 있음을 에너지 텀블비를 통해 알 수 있다.
4. 결 론
각각 다른 와류비와 텀블비를 가진 엔진에서 PIV를 이용해 유동장을 측정한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다
1 통상적인 엔진에서 두 포트를 모두 사용하는 경우 두 유동의 충돌에 의해 실린더의 중간 부분에 작은 규모의 와류가 여러 개 생성된다. 또한 실린더 하면에서는 유동과 피스톤의 충돌로 매우 복잡한 형태의 유동이 생성된다. 텀블은 큰 규모로 생성되나 강도는 약하다.
2. 통상적인 엔진에서 한 포트만 사용하면 실린더 상부에서는 잘 발달된 와류를 관찰할 수 있으나 중간부분부터 유동은 복잡한 형태를 띠고 하부에서는 뚜렷이 와류가 관찰되지 않는다. 텀블은 두 포트 개방시 보다 먼저 생성되고 형태도 뚜렷이 나타난다.
3. 고와류 엔진에서 두 포트를 모두 사용하면 전체적으로 약한 와류가 실린더 내에서 발생한다. 텀블은 조기에 생성되어 나타나나 곧 사라지고 압축 시에는 여러 개의 텀블이 나타난다.
4. 고와류 엔진에서 한 포트만을 사용한 경우 실린더 상부에서는 잘 정돈된 와류를 관찰할 수 있으나 하부로 갈수록 유동의 형태는 복잡해진다. 텀블은 흡입 중에 관찰되지 않으나 압축이 진행되면서 실린더의 중심 축방향 단면에 역 텀블이 생성된다.
5. 대체로 운동량에 의한 와류비는 하사점 부근에서 큰 값을 나타내나 에너지에 의한 와류비는 꾸준히 감소한다. 반면 운동량 텀블비는 흡입 행정 중 증가하나 에너지 텀블비는 흡입 초기에 가장 크고 이후 안정적으로 감소한다.
참 고 문 헌
1) I. Y. Ohm, Y. S. Cho, "Fuel Stratification Process in the Cylinder of an Axially Stratified Engine", SAE2000-01-2842, 2000
2) I. Y. Ohm, Y. S. Cho, "Mechanism of Axial Stratification and its Effect in an SI Engine", SAE 2000-01-2843, 2000
3) 엄인용 외1, “가솔린 엔진에서 연료 분사시기와 포트 특성에 따른 실린더 내 연료거동 : Part I-와류가 없는 경우”, 한국자동차공학회 논문집 제 9권 제 2호, pp.19-27, 2001
4) 엄인용, “스파크 점화 엔진의 흡입유동에 따른 연소실내 혼합기 분포 및 화염전파 특성”, 1997 서울대학교 박사학위논문, 1997

키워드

PIV,   유동장,   와류,   텀블