• 오토저널
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• 제9권1호
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• pp.9-14
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• 1987

왕복동 내연 기관 실린더 내의 가스 유동은 기관의 성능 향상, 연소 개선, 배기 정화 등에 직접적 으로 영향을 미치는 인자로 되며, 최근 각종 유동의 측정 방법 및 측정 장치의 개발은 가스 유동 계측에 많은 발전을 가져 왔다. 특히 각종 열기관의 연소 성능 향상을 위한 노력은 기관의 성능 향상과 더불어 여소 배출물의 유해 성분 저감을 위한 연구에 더욱 박차를 가하게 되었다. 이에 따라서 기관의 최적 제어 운전, 자동 제어 연료 공급 및 분사장치 등에 이르기까지 많은 노력이 경주되어 왔다. 이러한 연구 개발에 못지 않게 중요한 것은 실린더 내의 연소 성능을 향상시키 는 것이며 이를 위해서는 먼저 기관 실린더 내부의 가스 유동을 밝히고, 유동의 모델링, 유동장의 계측, 연소장의 유동 측정 등의 연구가 매우 중요한 것으로 생각된다. 실린더 내의 연소 및 유 동장의 연구는 주로 연소 특성치를 관한 연구와 유동장을 중심으로 하는 흐름의 시뮬레이션을 비롯 유동장의 계측으로 크게 나눌 수 있다. 여기서는 주로 실린더 내의 가스 유동의 측정 방 법과 최근의 연구 동향에 대하여 몇 가지 측정의 보기를 중심으로 다루기로 한다.

• 기계저널
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• 제33권12호
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• pp.1063-1068
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• 1993

왕복식엔진에서 연소과정은 실린더내 유체유동에 지배되므로 최적조건의 엔진설계를 위해서는 실린더내 유체유동을 효과적으로 이용하는 것이 필요하다. 연소과정에 중요한 영향을 미치는 압축말기 연소실내 난류강도는 흡입과정시 생성된 유동의 에너지가 압축과정을 거치면서 작은 스케일의 에디(eddy)로 깨지면서 발생된다. 연소과정시 이러한 에디들은 초기화염생성을 촉진 시키고 화염전파속도를 증진시키는 역할을 함으로써 실린더내 유체유동에 대한 이해증진을위해 실린더내 평균속도 및 난류유동을 측정하는 연구들이 많이 진행되고 있다. 엔진유동은 매사이 클의 유동이 엄밀히 주기적인 운동을 하지 않고, 각 사이클의 유동이 비정상유동을 하며, 유동의 생성 및 소멸이 매우 짧은 특성을 가진다. 따라서 산란입자가 측정체적을 통과할 때 속도데이 터가 발생하는 LDV(laser Doppler velocimetry) 측정에 있어서 레이저빔의 산란광노이즈 감소와 산란입자의 효율적인 공급으로 데이터 발생률을 높이는 것이 어려운 점이다. 이 글에서는 엔진 유동의 LDV측정시 고려해야 할 문제점들, 실험장치구성, 그리고 데이터처리 방법과 주요측정 결과에 대해 본 연구팀에서 지금까지 수행한 연구결과를 토대로 하여 기술하고자 한다.

• 동력기계공학회지
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• 제11권4호
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• pp.5-11
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• 2007

본 연구는 SI기관 실린더 내의 유동장 변이 과정을 3차원 LDV 측정 기술을 사용하여 흡입과 압축과정 동안 정량적으로 분석하였다. 실험은 헤드에 각각 2개의 흡입밸브와 배기밸브를 갖는 기관이 모터링되는 공회전 상태에서 실시하였다. 지난 30년 동안 텀블과 스월은 실린더 내의 평균 유동 정량화에, 난류운동에너지는 난류 측정에 많이 사용되어 왔다. 그러나 텀블은 solid body 회전 유동을 비교하는데 적절하며, 서로 다른 유동 패턴 비교에는 부적절 하다는 것이 보고되고 있는 실정이다. 3차원 LDV시스템의 우수한 공간 분석 능력은 순간적인 유동장구조와 더불어 상대적으로 미세한 유동장의 구조 까지도 측정이 가능 하도록 하였다. 따라서 측정한 결과로부터 유동장의 난류운동에너지 등가면을 계산할 수 있었다. 본 실험 결과는 실린더 내의 난류 유동장 특성을 난류운동 에너지 등가면 정보를 이용하여 세심하게 관찰할 수 있음을 제시하고 있다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제3회(2014년)
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• pp.649-653
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• 2014

채널 내부에 장애물이 존재하는 유동 형태는 다양한 공학적 문제에서 나타나고 있으므로 여러 가지 형상 및 유동 조건에 따른 유동 특성 연구가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 장애물의 형상을 일정한 크기의 원형 실린더로 설정하고 실린더는 위아래 채널 벽 중앙에 위치하도록 하여 2차원 채널 내에 원형 실린더가 존재하는 경우에 대하여 CFD연구를 수행하였다. 실린더와 위아래 채널 벽면과의 거리를 변화시켜 각각의 거리에 대해 유동 재부착 길이, 유동의 주기성, 항력계수 등의 유동 특성을 관찰하였다. 연구결과 각 간격[실린더벽면과 채널벽면간의 거리(G)/실린더지름(d)]이 0.5, 1, 2, 3, 5, 15에 따른 재 부착 지점(Reattachment Length)은 채널 벽면이 실린더로부터 멀어질수록 완전히 열린 유동장에서의 유동 재부착 지점에 수렴해간다는 것을 확인하였다. 즉 거리가 멀어질수록 벽면 영향이 줄어든다는 것을 확인하였다. 또한 각각의 경우에 대해 항력계수 값을 구하였고, 이를 완전히 열린 유동장에서의 항력계수 값과 비교해 보았다. 그 결과 벽면으로부터의 떨어진 거리가 5부터 벽면의 효과가 줄어들어 10이상이 되었을 때부터 그 영향이 아주 미미하다는 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권10호
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• pp.895-900
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• 2013

2차원 채널 내의 원형실린더를 지나는 유동에 대한 이론적 연구를 수행하였다. 원형 실린더는 채널의 상하 중앙부에 위치하며, 원형실린더에서 멀리 떨어진 채널 내에는 포아제 유동이 존재한다. 스톡스 근사를 적용하고 유동의 고유함수 전개와 오차의 최소제곱법을 사용하여 유동장을 해석하였다. 해석의 결과로 유동함수와 압력분포 식을 구하였으며, 채널의 벽면과 원형실린더에 작용하는 압력 및 전단응력 분포를 계산하였다. 원형실린더로 인해 부가적으로 발생하는 압력 강하와 원형실린더가 받는 힘을 원형실린더의 반지름 길이의 함수로 계산하였으며, 대표적인 실린더 반지름 길이에 대하여 유선과 압력분포를 도시하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권12호
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• pp.999-1008
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• 2014

채널 내 회전하는 원형 실린더가 주기적으로 존재하는 경우 회전하는 실린더를 지나는 유동에 의한 채널 내 유동 특성 및 채널 벽에서의 열전달 효율증진을 파악하였다. 본 연구에서 사용된 유동 모델은 마이크로 채널, 열교환기 등에서 평판 사이의 열전달 효율을 높이기 위해 흔히 사용되는 와류 생성기의 가장 단순한 모델이다. 실린더와 채널 벽과의 간격 및 Re 수를 변화해가며 수치적 해석을 수행하였으며, 직교좌표계에서 채널 내 원형 실린더를 구현하기 위해 가상경계법이 적용 되었다. 채널 내 실린더가 회전하고 있는 경우, 실린더가 정지해 있는 경우에 비해 특히 실린더와 채널 벽과의 간격이 작아질수록 채널 벽에서의 열전달 효과는 더 높은 것으로 파악되었다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제3회(2014년)
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• pp.619-624
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• 2014

본 논문에서는 타원형 실린더 주위의 유동과 항력 및 양력 계수의 변화를 관찰하였다. EDISON_CFD를 이용하여 자유 유동(free stream)에서 타원형 실린더의 장단축 비율과 회전된 각도의 변화에 따라 실린더 후방의 유동과 압력 분포의 변화를 보고, 이에 따른 항력 계수 및 양력 계수의 변화를 시뮬레이션 하였다. 또한, 채널 유동 내에서 벽 근접에 따른 유동 변화와 항력 및 양력 계수의 변화를 관찰하였다.

• 한국음향학회지
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• 제17권2호
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• pp.71-78
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• 1998

와(vortex) 박리는 고형물체가 유동내에서의 유체의 흐름을 방해할 때 발생하는 전 형적인 주기적 진동 현상이다. 본 연구에서는 삼각주형 실린더가 유동내에 유발하는 와 발 리 특성을 가시화 기법, 와에 의해 변조된 초음파의 파워 스펙트럼 및 유동관에서의 진동측 정 등을 통해 연구하였다. 가시화 관찰과 유동측정 실험 결과, 발생 와는 발생체 전면으로부 터 3d와 5d 사이에서 가장 안정성이 유지됨을 발견하였다. 넓은 레이놀즈 수(104≤Re≤106) 의 유동영역에서 액체와 기체원형유동의 측정 실험결과로부터 스트로우할(Strouhal) 수가 와발생체 폭(d)과 형상비(d/D)의 증가함수이며, 삼각주 단면의 높이에 반비례함을 알 수 있 었다. 또한 실험 결과로부터 실린더의 기하학적 치수로 삼각주형 실린더의 스트로우할 수를 예측할 수 있는 경험식을 제시하였다.

• 에너지공학
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• 제22권4호
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• pp.399-405
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• 2013

엔진 실린더 내부의 난류유동 특성은 내연기관의 열효율을 결정하는 매우 중요한 역할을 한다. 실린더 내 난류유동은 복잡한 3차원 유동으로 유동특성에 대한 자세한 정보는 엔진설계의 최적화를 위해 필수적이다. 균일 예혼합 압축착화(HCCI) 엔진은 가솔린과 디젤엔진 사이의 하이브리드 연소개념이다. 실린더 내 기체의 난류유동은 운동량과 열의 혼합 및 전달률을 증가시키므로 벽면에서의 열전달에 관여하여 HCCI 연소 과정에 중요한 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 연소실 형상에 따른 연소실 내의 기체 난류유동을 LES 모델을 사용한 전산수치해석을 통해 분석하여 HCCI 엔진 연소과정에 미치는 영향을 확인하였고 연구결과는 HCCI 엔진에서 연소실 형상에 따른 연소 특성과 엔진 성능을 개선하기 위한 기본적인 지침에 활용될 수 있다.

• 동력기계공학회지
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• 제11권4호
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• pp.18-25
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• 2007

제 2세대 직접분사식 가솔린 기관에서 6공 연료분사기의 연료분무특성을 관찰하였다. 실험에 사용한 직접분사식 가솔린 기관은 2개의 흡입밸브와 2개의 배기밸브를 갖는 텀블형 Spray Guided 연소실과 Quartz로 제작된 실린더 라이너와 실린더 헤드 창으로 구성되어 있다. 선회유동을 유도하기 위하여 흡입매니폴드에 선회유동 제어밸브를 부착하였다. 2차원 Mie 스캐터링 기법을 이용하여 연료분사시기, 연료분사압력과 실린더 내 유동 및 냉각수 온도가 연료분무에 미치는 영향을 관찰하였다. 실험결과로는 흡기과정동안 흡기 선회유동은 분사된 연료의 공간적 분포에 크게 작용하였고, 압축과정동안에는 텀블 및 선회유동의 영향이 흡기과정에 비해 크지 않음을 확인하였다. 또한 성층연소를 위해서 압축과정에서 연료를 분사하는 경우 고압의 연료분사압은 분무도달거리의 성장을 촉진시키나 상승하는 피스톤과 이로 인한 실린더 압력의 상승으로 분무도달거리의 성장이 억제됨을 확인할 수 있었다.