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[점성유체]Viscous fluid flow_ Lorentz equation using Runge-Kutta Method

H.W #.1EME501041Viscous fluid flowIndexProblemDefine Lorentz attractorC Language SourceSheet of Each variablesThe Result of each casecase 1case 2case 3case 4Problem: Case 1Write a program and draw the results for Lorentz equation, using Runge-Kutta MethodReference : "Chaos" making a new science by James Gleick (1987)1.1 Defined Lorentz attractorLorentz attractor: 3 coupled non-linear differential equations.2. C Language Source#include "stdio.h"#include "stdlib.h"#include "math.h"#define N 10000int main(int argc,char **argv){int i=0;double x0,y0,z0,x1,y1,z1;double h = 0.01;double a = 10.0; /* case 1. a value */double b = 28.0; /* case 1. b value */double c = 8.0 / 3.0; /* case 1. c value */FILE *file;file=fopen("outputdata.txt", "w");x0 = 0.1;y0 = 0;z0 = 0;for (i=0;i 100)fprintf(file, "%d %g %g %gn",i,x0,y0,z0);}fclose(file);}3. Sheet of Each variables (a, b, c)a valueb valuec valueCase 110288/3Case 22846.924Case 350285Case 45600.2Case 570608/3The Result of case 1▶ a= 10, b=28, c= 8/3The Traces Of each coordinateThe Traces Of X-Y coordinateThe Traces Of Z-Y coordinateThe Traces Of X-Z coordinateThe Result of case 2▶ a= 28, b=46.92, c= 4The Traces Of each coordinateThe Traces Of X-Y coordinateThe Traces Of Z-Y coordinateThe Traces Of X-Z coordinateThe Result of case 3▶ a= 50, b=28, c= 5The Traces Of each coordinateThe Traces Of X-Y coordinateThe Traces Of Z-Y coordinateThe Traces Of X-Z coordinateThe Result of case 4▶ a= 5, b=60, c=0.2The Traces Of each coordinateThe Traces Of X-Y coordinateThe Traces Of Z-Y coordinateThe Traces Of X-Z coordinate

공학/기술| 2005.11.24| 11페이지| 1,000원| 조회(837)

Lorentz, Runge-Kutta, runge kutta, Lorenz, 점..

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[연료전지]연료전지용 개질기의 열/유체역학적 해석

개질기의 열•유체역학적 해석 Computational Fluid Dynamics Solution of Reformer개요1. 연구과제 - 연구 과제명 - 연구과제의 필요성 - 연구의 목적 2. 수소 개질기 - 개질기 및 작동원리 - 개질기의 Test Section 3. 수학적 모델 - 화학 반응 모델 - 계산 조건 4. 계산 조건 - 연소기 및 연소실 모델링 - 격자 생성 - 경계 조건 - 물성치5. 실험 및 고찰 - 실험 목적 - 실험 장치 - 실험 결과 및 고찰 6. 결론 - 균등한 열분포를 위한 고찰연구과제▣ 연구 과제명 - 개질기의 열•유체역학적 해석 ▣ 연구과제의 필요성 - 현재 “OSUNTECH”에서 개발 중 이거나 타 업체에 공급한 수소 개질 기는 기존의 경험으로서 습득되어진 기술을 바탕으로 수소 개질기의 성능을 향상시켜 왔다. 이는 많은 소요 시간과 막대한 비용의 낭비를 초래해 왔다. 이에 CFD 상용화 코드를 이용을 통한 수소 개질기의 개 선은 비용과 소요시간의 절감을 도모 할 것을 본다. ▣ 연구의 목적 - 수소 개질기의 효율을 향상시키기 위한 가장 중요한 인자인 온도장의 분포 해석과 연소실의 압력 분포의 데이터를 이용 최적화 되어진 수소 개질기의 방향을 제시팀구성▣ 구조설계 및 실험 : 박성욱, 조동수 proto type의 개질기 형상을 설계 써머커플을 이용하여 reformer 벽온도 측정 ▣ 수치해석 및 설계 개선 : 백재상, 조범철 Gambit을 이용한 개질기 모델링 Fluent 상용코드를 이용한 해석 ▣ 구매, 제작 : 안순기, 정태영 proto type의 개질기 제작및 실험도구 구매Schedule▣ 8월 오선테크 방문 – 기초교육 및 개념 확립 ▣ 9월 개선안 수령, 아이디어 회의 및 제출 → 아이디어의 실현 불가 → 주제의 변환, 개질기 내 유동해석에 초점을 둠 → Fluent 교육 시작 ▣ 10월 컴퓨터 시뮬레이션 중 실제 실험의 필요성 인지 → 제품 설계 및 주문 ▣ 11월 실험을 통한 데이터 확립, 데이터 정리 및 고찰수소 개질기▣ 개질기 화석연료(석탄, 석유, 천연가스, 프로판, 부탄 etc )  수소생산 ▶ 개질 단계 1. 수소화 탈황 및 흡수 공정 - 개질기에 도입되기 전에 유황성분의 농도를 0.2ppm이하로 낮추기 위해 수소화 탈황 및 zinc oxide polisher 필요 (반응온도 : 350 ~ 450℃) 2. 수증기 개질공정 - 황 성분이 제거된 천연가스를 개질시킴으로 고농도의 수소를 일차적으로 생산하게 되는단위 반응공정이며, 메탄 1몰당 수소생산 수율이 가장 높으므로 가장 경제적인 수소 생산 방법수소 개질기3. 수성가스 전이공정 - 수증기 개질기에서 배출되는 CO의 농도는 약 7~12%로서 상당히 높은 수준이므로 이를 낮추기 위한 반응공정이 필요하다. 이 반응은 일차로 생성된 일산화탄소가 수증기와 반응함으로써 이산화탄소로 전환됨과 동시에 수소농도를 증가시킴 4. 가스제거공정 - CO2 흡수공정 (수성가스 전이공정을 통과한 가스 중 20%정도의 CO2 를 포함하므로 이를 제거) → 메탄화 공정 (CO2 흡수공정을 거친 잔류CO,CO2를 Ni촉매하에서 제거)수소 개질기▣ 원통형 개질기의 작동원리Tokyo Gas Co.수소 개질기▣ 원통형 개질기 예원통형 개질기_ 한국에너지 기술 연구소(2003)수소 개질기▣ Prototype 개질기OSUNTECH수소 개질기▣ 개질기의 Test SectionOSUNTECH►►►►►►►►►►►►►►►►►►►►버너 (950′C)연소실반응기 (촉매)Fin_1Fin_2증발기 (450′C)수학적 모델▣ 화학반응 모델(2-STEP) 사용된 연료는 메탄(CH4)을 사용하였으며, 2단계 비가역 반응 모델을 적용하였다.계산 조건▣ 연소실 및 반응기의 Grid System Boundary ConditionMain Parameter Fluent Code 6.1 - 3-D Navier-Stokes, - StandardTurbulence Model - P-1 Radiation model, - Two – step reaction model (methane –air) - Node: 36594개▣ Operating ConditionsFuel + Air: Inlet Velocity 0.2079m/s Inlet Temp 1223K Outlet Velocity 자연 대류, Outlet Temp300K Wall : 단열조건 (HEAT FLUX = 0)수치해석의 결과온도장 분포속도장 분포고찰기본 적용 타입 - Fluent Code 6.1 - 3-D Navier-Stokes, StandardTurbulence Model - Two – step reaction model ( methane – air ) - Inlet Temp : 1223k Simulation Case - Case 1 P-1 MODEL 적용하지 않음 - Case 2 P-1 MODEL 적용 Radiation P-1모델의 적용과 적용하지 않았을 때의 온도장의 분포는 상의하게 나왔다 이는 복사에 의한 연손실의 차이라고 볼 수 있다.연구 방향1. Inlet에 대한 속도 Factor를 다양한 조건으로 적용 2. 수치해석을 통해서 얻어진 온도장의 DATA를 분석 및 최적화 방향의 설정 3. 업체에서 실험화 된 DATA를 받아 Wall 경계조건인 HEAT Flux의 재설정 ▶ 최적화 개질기의 방향 제시실험목적▣ 실험 목적 기존에 설계된 오선테크의 Proto type개질기를 Fluent를 이용하여 해석한 데이터를 기초로 실제로 제작된 개질기 모형을 이용하여 얻은 데이터와의 비교, 분석을 통해 개질기 내 열 • 유체역학적 해석을 확인하고 향후 발전 방향에 대해 생각해보기로 한다.실험 장비실제 상용되는 개질기의모형을 제작 (재질:SUS310) 2. 열전대 K-type 1) 구성재질 : +각 ; 니켈-크롬합금 -각 ; 니켈합금 2) 온도측정범위 : : -200~1200'C실험방법1. 실제 상용되는 개질기의 모형을 자체 제작 및 thermocouple 의 측정방법 교육 2. 가스 버너로 개질기 가열 , 온도 측정 → 개질기 모형을 조립 → 열전대 부착 → 가스 버너 결합 → 가열 3. 실험의 신뢰성을 높이기 위해 72시간 동안 3회에 걸쳐 온도 측정, 최고온도 약 930℃, 정상상태에서 데이터 수집실험결과1. Fluent로 해석하여 얻은 데이터와 유사한 온도분포를 확인. 2. 열전대를 버너에서 동일한 거리 차 (24.5mm)로 위치시킨 결과 버너의 열 을 집중적으로 받는 제 5위치에서의 온 도가 가장 높았다. 3. 더 나은 열전달과 더 높은 열효율을 위해서는 화염의 정확한 조절이 필요하 며 개질기는 개질기 내에서 균일한 온 도분포(700~900℃)를 이룰 때 가장 큰 효율을 갖는다. 실험을 통해 확인할 수 있는 바는 개질 기 벽면의 온도가 균일하지 않다는 것 이었고 이를 해결하기 위한 방안을 모 색해보기로 한다.균등한 열분포를 위한 고찰1. 화력의 조절 시간차를 두고 개질기 벽면의 온도를 균일하게 하기 위해 화염의 크기를 조절할 필요가 있음을 알 수 있다. 2. 버너의 위치 조절 버너의 위치를 가변적으로 이동시킬 수 있다면 개질기 벽면의 온도분포를 균일하게 만들 수 있으나 구조가 복잡해지고 비용이 많이 소요된다는 단점이 있다. 3. Fin의 사용 개질기 벽면의 온도를 가장 손쉽게 균일하게 유지시킬 수 있는 방법으로서 연소실 내에 핀을 설치하여 빠른 열전달과 높은 열효율을 유도할 수 있다. 벽면의 온도분포와 위치에 따라 다른 두께를 갖는 천공핀을 설치하여 제 1위치에서 제 5위치까지 균일한 온도분포를 이룰 수 있으리라 예상된다.{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2005.11.16| 21페이지| 1,500원| 조회(1,640)

연료전지, 수치해석, fluent, CFD, 개질기

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[횡류 팬] Scale Effect을 고려한 횡류홴의 성능특성 연구

碩士學位 청구論文指導敎授金允濟Scale Effect을 考慮한 橫流홴의性能特性硏究成均館大學校大學院機械設計學科에너지工學專攻0 0 0碩士學位請求論文指導敎授 000Scale Effect을 考慮한 橫流홴의性能特性硏究Scale Effects on the Performance Characteristic ofa Cross-Flow Fan成均館大學校大學院機械設計學科에너지工學專攻0 0 0碩士學位請求論文指導敎授金允濟Scale Effect을 考慮한 橫流홴의性能特性硏究이 論文을 工學碩士學位請求論文으로 提出합니다.2004年 12月日成均館大學校大學院機械設計學科에너지工學專攻0 0 0이 論文을 金亨燮의 工學碩士學位論文으로 認定함2004年 12月日審査委員長印審査委員印審査委員印목 차Nomenclature ??????????????????????? ⅲList of Tables ??????????????????????? ⅵList of Figures ?????????????????????? ⅶ1. 서 론 ?????????????????????????? 11.1 연구 배경 ???????????????????????? 11.2 관련 연구 ???????????????????????? 31.3 연구 목적 ???????????????????????? 61.4 연구 내용 ???????????????????????? 72. 관련 이론 ??????????????????????? 82.1 상사성 원리??????????????????????? 83. 횡류홴 설계 ????????????????????? 113.1 임펠러 설계 ?????????????????????? 113.2 리어가이더와 스태빌라이져 설계 ???????????? 154. 수치해석 ??????????????????????? 184.1 지배 방정식 ?????????????????????? 184.2 난류의 모델화 ????????????????????? 194.2 격자계 및 경계조건 ???????????????????바꿀 수 있는 장점이 있다. 또한 횡류홴은 임펠러 입구각과 출구각의 구분 없이 동일한 외경에 대해 유체가 날개를 횡으로 2번 통과하므로 높은 동압 (dynamic pressure)을 얻을 수 있고, 축방향의 길이가 반경방향에 비해 매우 긴 형상이므로 2차원 유동특성을 가지고 있다. 그러므로 횡류홴은 축류 또는 원심홴과 같이 필요한 유량의 증가를 위해 임펠러 직경을 크게 하거나 회전수를 빠르게 하지 않고 임펠러의 길이만을 증가시킴으로서 필요한 유량을 큰 소음의 증가 없이 얻을 수 있다. 원심펌프와 작동원리가 유사한 횡류홴의 내부유동은 크게 자유와 (free vortex)와 강제와 (forced vortex)로 나누어진다. 임펠러와 스태빌라이져 사이에서 역류에 의해 생성되는 편심와 (eccentric vortex)는 강제와이고, 리어가이더 곡선부에서 형성되는 와유동은 자유와이다. 스태빌라이져와 리어가이더 사이에 횡류홴의 임펠러를 회전시키면 이들의 구속작용에 의해 소용돌이 위치가 지속적으로 움직이지 않고 고정되며, 흡입측에서 토출측으로의 안정된 흐름이 생긴다. 이 소용돌이의 위치 즉 편심와의 위치는 임펠러의 토출영역에서 유출된 유체가 입구로 재순환하는 양을 결정하는 주요 요소이며, 이 재순환이 에너지 손실의 상당부분을 차지하게 되어 횡류홴 효율이 순환되는 역류의 양에 비례하여 저감되는 결과를 초래한다. 또한, 소음에도 많은 영향을 미치기 때문에 다른 유체기계보다 임펠러의 영향이 상대적으로 작고 스크롤 역할을 하는 스태빌라이져와 리어가이더의 영향이 크다. 임펠러가 회전축에 대해 기하학적으로 대칭임에도 임펠러를 통과하는 유동이 비대칭인 횡류홴은 성능을 결정하는 설계인자가 많고 이들 인자간의 조합에 의해서 성능의 변하기 심하기 때문에 이론적으로 예측이 어려움으로 대부분의 연구는 실험적 방법에 의존해 왔으며, 최근에는 수치해석기법의 발달과 함께 수치적 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이와 더불어 근래에는 횡류홴의 슬림화로 인해 저유량 대역에서의 운전특성과 시간 및 비용절감, 압력등의 방향이 같고 크기의 비가 같을 때 두 흐름을 역학적 상사 유동이라고 한다. 상사력을 나타내기 위한 유체력들의 무차원수는 다음과 같다.Eu``= ``{ TRIANGLE rho } over { rho { V}^{2 } }(Euler 수),Re``= ``{ rho V L} over { mu }(Reynolds 수),Fr``= ``{V} over { SQRT { rho g} }(Froude 수), (2.1)M``= ``{ V} over {A }(Mach 수),We= { { V}^{2 } } over { { L }^{3 } }(Weber 수).유체력들이 작용하는 두 유동계에서 역학적 상사가 이루어지면 원형과 모형 사이에서 무차원수가 동일하여야 한다. 일반적으로 무차원 변수 1-2개가 같으면 역학적으로 상사조건이 충족된다.유체기계인 원심송풍기나 축류송풍기 등의 터보기계에서는 일반적으로 상사법칙이 존재한다. 구조가 상사인 송풍기 (Fig. 2.1 참조)에서는 성능곡선 (Fig. 2.2 참조)도 서로 상사가 되며 2개의 성능곡선의 대응 위치 즉, 성능곡선에서 유량을 각각Q_1, ```Q_2, 전양정을H_1,```H_2, 축동력을L_1,```L_2라 하면 2대의 송풍기에서는 다음과 같은 상사법칙이 성립한다.phi = { { Q}_{1 } } over {A_1`U_1 } = { { Q}_{2 } } over {A_2`U_2 }ψ = H_1 over { U`_1 ^ 2 `/ `(2g)} = H_2 over { U`_2 ^ 2 `/ `(2g)}(2.2)mu = L_1over{A_1 rho _1 { U`_1 ^ 3 `}/2}= L_2over{A_2 rho _2 { U`_2 ^ 3 `}/2}식 (2.2)는 각각 무차원수인 유량계수, 압력계수 및 출력계수를 의미한다. 또한 임펠러의 바깥지름을 각각D_1,```D_2라 하고 회전수를N_1,```N_2라 하면A_1`/A_2`=`D _1 ^2`/ D _2 ^2`,U_1`/`U_2`=`(D_1`N_1`)/((D_2`N_2`)이므로 e { PARTIALu_i } over { PARTIAL x_j }RIGHT ) + { PARTIAL} over { { PARTIAL x_i }} LEFT ( mu _e { PARTIALu_j } over { PARTIAL x_i }RIGHT )-{ PARTIAL} over { { PARTIAL x_i }} LEFT ( { 2} over { 3 } { delta }_{ ij } rho k RIGHT )(4.4)여기서mu _e`` = ``mu + mu _t이다.4.2 난류의 모델화난류확산은 벽근처의 점성저층 (viscous sublayer)영역을 제외하고는 분자확산에 의한 층류확산보다 매우 커서 유동확산을 결정한다. 그러므로 정확하게 난류유동을 예측하기 위해서는 신뢰할 수 있는 난류모델의 도입이 필요하며 본 연구에서는 표준k- epsilon모델을 사용하였다.와점성계수는 차원해석으로부터 특성길이 (characteristic length)와 특성속도 (characteristic velocity)의 곱으로 표현할 수 있다. 특성길이ELL을 난류운동에너지의 소산률 (dissipation rate)epsilon을 이용하면 다음과 같다.ELL ``` = ``{ { k}^{ { 3}/ {2 } } } over { epsilon },mu _t`` =`` rho { C}_{ mu } { { k}^{2 } } over { epsilon }(4.5)k와epsilon을 수송방정식으로부터 풀면 위 식으로부터 난류 모델이 완성되며 기본방정식은 다음과 같다.TRIANGLED CDOT LEFT ( rho baru_i `k- { mu _t``` } over { { sigma }_{k} }TRIANGLED k RIGHT ) `` =``G- rho epsilon(4.6)TRIANGLED CDOT LEFT ( rho baru_i `k- { mu _t``` } over { { sigma }_{ epsilon } }TRIANGLED epsilon RIGHT ) ``= { C}_{ epsilon 1} 이 회전수 변화에 따른 상사성이 성립함을 의미한다. 하지만 회전수가 790와 895 rpm인 경우 유량계수가 0.45 근방에서 압력계수가 약간 감소하다 증가함을 알 수 있다. 시로코홴에서는 일반적으로 최고 효율점의 왼쪽인 저유량 대역에서는 스톨 (stall)에 의해 비정상 유동이 발생하여 유량계수 감소에 따라 압력계수가 감소 후 증가하는 현상이 발생하며 반경형 리어가이더를 적용한 횡류홴도 동일한 현상을 나타내고 있다[25]. 하지만, Figs. 6.2～6.6의 결과를 살펴보면 저유량 대역에서 압력변동치가 매우 안정함을 나타내고 있을 뿐 아니라 유량계수 감소에 따라 압력계수가 일정함을 알 수 있다. 이는 단면 통과 유속이 통과 유량 증가에 대응하여 순차적으로 설계되는 아르키메데스 나선을 리어가이더 곡선부에 적용한 결과로 사료된다.횡류홴은 축류 또는 원심홴과 달리 편심와로 인해 유동특성이 복잡하며 임펠러가 기하학적으로 대칭임에도 불구하고 토출영역에서의 유동이 비대칭으로 인해 scale effect에 따른 상사성은 잘 맞지 않는 것으로 알려져 있지만 최근에는 횡류홴의 슬림화로 인해 scale effect에 관한 연구의 필요성이 대두되고 있는 실정이므로 본 연구에서는 scale effect에 따른 성능 특성을 무차원화하여 Figs. 6.7～6.11에 도시하였다.회전수가 1210 rpm인 경우, scale이 1.15, 1.06 및 1.00인 횡류홴은 저유량 대역에서 유량계수에 대한 압력계수가 비교적 일정한 경향을 나타냈으며, 각 지점에서의 압력 변동치가 매우 안정하였다. 하지만, 고유량 대역에서는 fan tester의 사용범위 제한으로 인해 성능을 파악할 수 없었다. 저유량 대역에서의 압력계수는 1.6에서 1.8 범위 내에 분포하고 있다. 하지만, scale이 0.74인 경우 일반적인 경향은 비슷하지만 저유량 대역에서 불안정한 유동영역이 형성되었으며, 압력계수도 낮은 분포를 나타내고 있다. 또한, 0.74에서는 입력 전력이 매우 불안정하였다. Fig. 6.9은 회전수가∼50.

공학/기술| 2004.12.09| 85페이지| 3,500원| 조회(1,394)

팬, Scale Effect, 스칼라 효과, 횡류홴, 횡류팬

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[창의적인 공학설계] 복합가습기 (설계추론)

복합 가습기 (Ultrasonic Heating Humidifier)내용1. 제품분해 대상 및 사용 목적 2. 복합가습기의 작동원리 및 구성 3. Function Decomposition of Ultrasonic Heating Humidifier - Overall Function. - Decomposition into Subfunctions. - Combination of Subfunctions. - Function to Concept Mapping. 4. 관련 물리적 원리 5. 물리적 현상의 전공과목 관련성 6. 예상 과제제품분해 대상 [오성] OSH-959CS◈ 복합 가습기 ◈제품해체 및 재조립의 용이성 기초물리 수준과 전공과목 수준의 물리적 현상 포함 주변생활 환경에서 쉽게 접할 수 있는 제품 열∙유체 공학 응용의 예시가습기의 사용목적■ 실내에 적당한 습도 (60%) 유지 호흡장애 및 질병 예방 쾌적한 실내 분위기 유지 습도 조절에 의해 불쾌감을 억제 가능 ☞ 고온이나 저온에서 습도는 인체의 열평형에 큰 영향을 미치지만 중간온도 범위에서는 그 영향력이 감소됨불쾌지수날씨에 따라 인간이 느끼는 불쾌감의 정도 를 기온과 습도를 조합하여 나타내는 수치. 우리나라는 불쾌지수가 72일 때 약 2%, 75∼79에서 약 10%, 80∼82는 약 60%, 83이상이면 100%의 사람들이 불쾌감을 느끼게 된다복합가습기 작동원리+전기 코일에 의해 전기 저항이 발생되어 가열 된 히터가 물탱크를 가열하여 증기를 발생시켜 외부에 가습하는 방식진동자에 의해 입자화 된 물을 필터를 통해서 들어온 공기가 팬의 동력으로 분출구를 통해서 외부에 가습하는 방식진동자와 히터가 발생시킨 증기와 입자화 된 물을 팬에 의해서 외부로 분출됨에 따라 가습시키는 방법복합가습기의 구성Function Decomposition of Ultrasonic Heating HumidifierOverall FunctionDecomposition into SubfunctionsHF : Human Force ME : Mthermal Wire (TE)Thermal Fuse (TE)Heated Water (MF)ELELELELHL①②Import Water (MF)Water Level Regulator (MF)Cistern SectionⅠ(MF)Vibrated Water (MF)WaterWater Tank (MF)Electrothermal pipe (MF)Particlized water (MF)Water Purifier (MF)Cistern SectionⅡ(MF)PFPF + Heated particlized water (If, Ultrasonic Heating)Combination of SubfunctionsImport Human Force (HF)HFTransmit Human Force (HF)HFHFDirectionDirectionAirFan (ME)Air filter (MF)PFImport Air (MF)Refine Air (MF)Control SystemOn/OffELImport Electricity (EL)Direct Current System (EL)Oscillator (EL)Vibrator (EL)Electrothermal Wire (TE)Thermal Fuse (TE)Heated Water (MF)ELELELELHL①②Import Water (MF)Water Level Regulator (MF)Cistern SectionⅠ(MF)Vibrated Water (MF)Water Tank (MF)Electrothermal pipeparticlized water (MF)Water Purifier (MF)Cistern SectionⅡ(MF)PFPF + Heated particlized water (If, Ultrasonic Heating)HF : Human Force ME : Mechanical Energy TE : Thermal Energy HL : Heat Loss EL : Electricity PF : Pneumatic Flow MF : Material FlowUltraLevel Regulator (MF)Cistern SectionⅠ(MF)Vibrated Water (MF)Water Tank (MF)Electrothermal pipeparticlized water (MF)Water Purifier (MF)Cistern SectionⅡ(MF)PFPF + Heated particlized water (If, Ultrasonic Heating)Water TankSection1NozzleSection2DuctPipeHandleFilterMotorPlug CableVibratorSwitch복합가습기 제품분해 사진제품분해 사진제품분해 사진관련 물리적 원리관련 물리적 원리전기전자 재료공학 - 압전소자 유체역학 - Cavitation 전기계측 - 발진기 열 및 물질전달 - 확산, filtering유체역학 - 질량보존 - 베르누이 방정식 열역학 - 건∙습구 온도계 원리 파동 이론 - 초음파 전기공학 - 전기저항 열전달 - Fourier 법칙유체역학 (질량보존 방정식)유체의 흐름정상흐름이고,점성이 없는 유체인 완전유체(Perfect Fluid)가 비압축성 유체일때 유체가 흐르는 통로(Stream Tube)의 단면적이 S₁, S₂유속이 V₁, V₂일때 유입량과 유출량을 같다고 본다면, S₁V₁= S₂V₂가 된다. 질량보존 방정식유체역학 (베르누이 방정식)유체의 유속과 압력의 관계를 수량적으로 나타낸 법칙열역학 (상대습도/절대습도)▶ Relative humidity 상대습도 U(%단위)는 다음과 같은 양으로서 정의된다. U=100×(e/eW) 이 식에서 e는 공기의 수증기압, eW는 공기와 같은 압력과 같은 기온일 때의 포화수증기압이다. e는 일정하나, eW는 기온에 따라 변하므로, 같은 수증기를 함유해도 온도가 변하면 상대습도도 변한다. ▶ Absolute humidity 공기 1㎥ 중에 포함된 수증기의 양을 g으로 나타낸다. 수증기밀도 또는 수증기농도라고도 하는데, 공기 중의 수증기의 포화정도를 나타내는 상대습도와는 의미가 다르다. 절대습도는 또는 가장 쾌적한 습도를 자동으로 조절해주는 기능 ▶센서 부근의 재료에 수분이 흡착하여 전기 저항이 감소하는 것을 측정한다. 재료는 가스 센서와 달리 염화 리튬, 탄소막, 셀렌 박막, 알루마이트, 세라믹 등이다.전기공학 (전기저항)Ohm의 법칙 : 전류의 세기는 전압에 비례하고, 전기 저항에 반비례. 저항이 큰 재료에 저전압인 전원에서 많은 전류를 통과시켜 이 때 발생하는 저항열을 이용.열전달 (Fourier 법칙]▶물이 관을 통과하면서 전기저항에 의해 발생된 열에 의해 가열된다. - 전기 저항에 의해 발생되는 열량 - 전달되는 열량열전달 (Fourier 법칙)▶ 전달되는 열은 열전도 방정식에 의해 열전도율이 크고 면적이 넓을수록 전달되는 열유동율은 많아진다.파동 이론 (초음파)진동자(vibrator)와 초음파▶ 전자회로에서 만들어진 초음파 신호를 특수한 초음파 진동자(압전 세라믹스 등)에 가함으로써, 진동을 만들고 초음파를 발생시킨다. 이 진동자를 얕은 물의 밑바닥에 설치하면 그 진동의 효과로 물이 미세한 알갱이 상태로 튀어나가게 되는 것이다. 이와 같은 원리로 안개 같은 수증기가 공기 중에 뿜어져 습도를 유지한다. 그러므로 굳이 가열을 해 높은 온도를 만들 필요가 없다.파동 이론 (초음파)사람이 들을 수 있는 소리인 가청주파수를 넘는 진동수 2만Hz 이상인 음파[소리의 주파수 대역별 비교]1. 파장이 짧다 가청영역의 음파에 비해 초음파는 높은 주파수를 지닌다. 주파수와 파장은 반비례 관계가 있으므로 초음파의 파장은 매우 짧다. 2. 지향성이 강하다 지향성이란 소리가 어느 한 방향으로 집중적으로 전파되는 현상을 말하는데, 소리의 강도가 방향에 따라 크게 달라진다. 음파는 보통 직진하여 전파되는 것이 아니라 넓게 퍼져나가면서 전파되는데, 초음파의 경우 파장이 매우 짧아서 퍼지는 정도가 매우 작아 수신부에서 감도가 좋다.파동 이론 (초음파)■ 파동의 표시 - 파장( ) : 진폭과 진폭 사이의 거리 - 진폭 ( A ) : 진동 중심에서 진폭까지의 거리 - 진동수산, filtering전기전자 재료공학 (압전소자)압전소자 (piezoelectric 소자) 수정·로셸염·티탄산바륨 등의 결정에 변형력을 가하면 그 힘에 비례하는 전하가 생기고 또 전기장 속에 두면 기계적인 변형이 생기는 현상을 이용하는 소자. 압전소자는 전기기계변환용의 압전변환소자, 공진 특성을 이용한 공진자에 쓰임 압전효과는 이온의 상대위치가 변화하기 때문에 발생. 압력을 가하면 티탄이온의 변형이 다른 이온에 비하여 매우 커지기 때문에 위쪽이＋, 아래쪽이－로 대전 된다.유체역학 (Cavitation)강력한 초음파를 조사하면 압축력(정압)과 팽창력(부압)이 반복적으로 나타남 . 2. 부압 주기 때에 액중의 미세한 이물질 혹은 기체 분자를 중심으로 기포(공동)가 발생됨. 3. 이 기포는 다음의 압축주기 때에 고압으로 압축된다. 압축력이 용액의 표면 장력보다 작을 때 기포는 소멸되지 않음유체 속에서 압력이 낮은 곳이 생기면 물 속에 포함되어 있는 기체가 분리하여 물이 없는 빈 곳이 생기는 현상.[Cavitation 기포의 생성과정]유체역학 (Cavitation)▶ Cavitation의 강도와 밀도전기계측 (발진기)- 능동회로/시스템에서 입력신호가 없는데 출력신호가 검출되는 상황 - DC신호가 AC신호로 지속적으로 변환되는 것 - 원하지 않는 주파수대역에서 정체불명의 공진신호가 뜨는 경우발진의 생성원리정상 상태 발진조건열 및 물질전달 (확산)■ 확산 : 혼합(기계적 방법 또는 대류에 의한)이 없이 하나의 상(phase) 내에서 물질의 순수 이동 ▶ Fick's law - 2분자 화학종으로 구성된 비반응 가스 혼합기. - 하나의 화학종이 다른 화학종을 통해 확산되는 비율 설명.단위 면적당 화학종 A의 질량유동단위 면적당 전체 유동에 동반된 화학종A의 질량유동단위 면적당 분자확산에 관련된 화학종 A의 질량유동: 화학종A의 질량 유동(mass flux)정의 : 유동에 수직인 단위 면적당 화학종 A의 질량 유동율예 : 열유속(heat flux) - 단위 면적당 에너지열 ow}

공학/기술| 2004.12.16| 40페이지| 1,000원| 조회(1,311)

설계, 창의적 공학설계, 가습기, 분해, 설계추론

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[내연기관] Free-Piston 기관 발전시스템의 전망

Free-Piston 기관 발전시스템의 전망목 차The first internal combustion engine내연기관 개발의 시작은 free-piston 기관Utilization of free-piston engineFree-piston 기관의 이용Why is free-pistons remarkable now?Free-piston 기관의 재인식Combination of HCCI and linear generator예혼합 압축착화 수소 free-piston 리니어 발전기What is important technique for development?주요 핵심 개발 기술내연기관 개발의 시작은 free-piston 기관• Leonardo의 fire기관, 1508• Hyugens의 화약기관, 1680• Rivatz의 가스 free-piston 기관 및 자주차, 1805• Barsanti와 Matteucci의 free-piston 기관 , 1854• Otto와 Langen의 free-piston 기관Free-piston 기관의 이용• 액체 free-piston 펌프 ; Humphney, 1910년경• 고체 Free-piston 기관- Free piston 기관의 종류피스톤의 개수와 위치관계에 따라 크게 3가지로 분류Single pistonDual pistonOpposed piston- Free piston 압축기- Free piston 유압발생장치- Free-piston 가스터빈 ; Pescara, 1934Free-piston 기관의 재인식열효율 50% ZEV 정도의 발전용 내연기관 개발 요구미래의 차세대 자동차는 전기자동차Electric VehicleBut, 고가격, system 복잡성, 출력문제Fuel cell : Clean, 고효율내연기관 hybrid system : 공해, 효율, cost 측면 우수• 현재 열효율 50% 이상인 기관은?- 정미 열효율 : e ≥ 50%선박용 기관 = 2 ← 고과급공기 과잉율12~17압축비750 X 2800보어 X 스트로크기관 제원- 큰 배기량(약 2500배) - 초 long stroke - 고 압축비 - lean burn - 고과급 - 저 회전속도• 자동차 기관과의 차이• 효율 차이의 원인- 소 S/V - 소 냉각손실 - 고 기계효율(m ≥ 90%)But, 적은 비출력 : 1/30~1/40 (자동차기관 대비)선박용 기관자동차 기관중소형 기관에 활용 불가• 열효율 50% 달성 가능한 소형기관은 free-piston 기관크랭크 기구 無 (기계적 손실 감소)구조 간단 경량화압축효과 증대피스톤 자유팽창압축비 변화 가능 (최적운전조건 유지)가솔린, 디젤 및 대체연료 사용가능• 리니어 발전시스템에 적용시 최적Galileo research Inc.• 수소연료 특성Hydrogen fuel넓은 가연한계(체적비4~75)초희박 연소 가능(당량비 0.3부근)고압축하에서도 연소실내 온도 감소NOx 발생 최소화Zero Emission Vehicle 규제치 만족- 환경친화적 저배기 연료StoichimetricLeanConventional fuelHydrogenNOxNOx1.02.0Air-fuel ratio- 희박운전영역 : 역화 회피, 고효율 실현당량비 0.5부근 최대 열효율역화발생 회피가능• 예혼합 압축착화(Homogeneous Charge Compression Ignition)- 혼합기를 연소실내에서 압축착화시키는 연소방식 - 고압축비 사용 - 고열효율 - 희박혼합기 사용시 배기저감(NOx 저감)예혼합 압축착화 수소 free-piston 리니어 발전기Hydrogen Fueled HCCI Free-Piston Generator System예혼합 압축착화 (High efficiecy)Hydrogen (Clean)Linear generator (Electric power)# 미국 DOE Project : Hydrogen HCCI Free-Piston Generator System 진행중 - 추후 Hybrid 차량, GHP(Gas Heat Pump) 및 산업용 동력원 대체 예상• 구 조Stainless steelCylinder hearStainless steelPiston1100Max. speed(Cm/sec)6061 aluminumCylinder1.076(typical)행정체적(Liter)40(typical)Natural Frequency12~17Stroke(mm)76.2Bore(mm)기관 제원• Free-piston 동적 거동 특성상사점 부근 피스톤 속도 (free-piston conventional) 열손실 감소, NOx저감최대압축압력 도달 시간 (free-piston conventional) 예혼합 압축착화에 최적피스톤 팽창 속도 (free-piston conventional) 高압력상승 회피(이상연소방지)Free-pistonConventionalTDC• 주요 설계 parameterPiston mass피스톤 질량 : 운전주파수, 압축비, 기관성능에 영향 최적 피스톤 질량 파악 필요정적연소 과정에 근접피스톤 질량 증대동일압축비 조건에서 효율감소MassEfficiencyMassCompression ratioFrequencyValve timing흡기 및 소기기구 : 소기효율 및 기관성능 고려Uniflow system with 4 exhaust valve 소기효율 80% 이상 흡입혼합기 배출 1% 이하Fuel consumptionExhaust timingPower자성강도 : 발전효율, 운전주파수, 압축비 등에 영향 가급적 MS를 작게하는 것이 좋음 (But, 최대운전속도와 발전효율 고려 필요)Magnetic Strength 증가C.R. Freq. 감소기관 성능 저하Magnetic strengthMagnetic strengthFuel consumptionMagnetic strengthCompression ratioFrequency연소시기 제어방법 : 연료량, 피스톤속도, 직접분사시기, 스파크 점화시기 등으로 변화최고 열발생 시점BTDCATDC기관 효율 최대Combustion timingCombustion timingFuel consumptionCompression ratioTDC• 성능 특성수소 예혼합 압축착화 압축비 : 33 당량비 : 0.319 이상적인 Otto cycle 실현 - 도시열효율 : 57%Volume, m^3Pressure, kPa• 배기 특성- HC, CO 성분 극소 (일부 윤활류 연소) - 후처리 장치 없이도 SULEV 규제치 근접NOx, ppmEquivalence ratioSULEVSimulationExperimentZEV 규제치 만족 가능• Linear generator- 회전 DC Blushless 모터를 직선적으로 펼쳐 놓은 형태 - 운동자 종류에 따라 코일, 철심 및 영구자석 이동방식으로 구분 - 발전효율 : 최대 97% - 출력 : 40 kW - 중량 : 60 pounds• Linear generator 요구조건Free-piston engine의 최적운전주파수Linear generator 요소부품(배열, 코일, lamination 등)발전효율 극대화최적 동기설계주요 핵심 개발 기술• Energy balance of free-piston generator system프리 피스톤 엔진의 개발 성패 기술 실린더내 기밀 누설과 밸브타이밍 오작동시 극단적인 기관파손 발생 각 사이클에서의 마찰력, 폭발력이 일정하지 않음 : 사이클 변동 상존 Linear generator와 각종 전자적 센서를 이용하여 정밀제어 필요크랭크기구 無 : 피스톤과 실린더헤드 충돌 위험 플라이휠 無 : 사이클 변동 증가 우려• Control of system power and driving conditions기관 운전 조건의 변화에 따른 성능 및 배기 특성 급변 최적운전조건의 범위 좁음프리 피스톤 엔진의 출력 : 기관 운전 주파수에 크게 의존 출력제어 방식 : PPM(Pulse Pause Modulation)방식, Batch(ON/OFF)방식고응답성 및 고신뢰성의 제어로직 필요최적 운전주파수 유지 ON/OFF 방식 바람직최적운전조건• Stability in starting condition and transient region시동 : Linear generator 이용 시동후 최소 사이클내 안정운전영역으로 도달 필요 기관 운전 변수 변화에 대한 지능형 제어시스템 요구Time, secPosition, CmFirst combustion• 이상연소 억제 및 직접분사방식(성균관대)- Crevice volume과 역화 발생 상관관계 규명차원에서 free-piston기관 연구 수행중- Crevice volume의 증가 및 제거에 의한 역화 억제 효과- Direct injection methodConventional free-piston engineAir fuelOnly airFuel injection일부의 흡입된 신기가 배기가스와 함께 배출 (열효율 저하)흡기포트로 공기만을 흡입 → 소기손실 無Direct injection free-piston engine- 직접분사식 고압수소분사밸브수소 - 가스상태, 압축과정 고압분사 - 무윤활성 : 습동부위 마모 흡기관 동기제어 분사량 정밀제어 - 솔레노이드 (구동력 부족)기밀성 향상 구동력 저감회전굴절 볼포핏밸브형 고압수소분사밸브설계시 고려사항Free-piston 기관 설계 및 개발기술 고효율 저배기 연소기술(도시열효율 50%이상 ZEV규제만족) 고성능 linear generator(발전효율 95% 이상) 최적운전 제어기술(기관과 발전기의 동기제어) 연료 공급 시스템(분사밸브 또는 Mixer) 흡배기 시스템 설계(소기효율 최대, 소기손실 최소) 기관 요소부품 설계 윤활 시스템 개발 동적 시스템 모델링 기술 적정 냉각방식 선정(수냉식 또는 공냉식)• 기타 주요 핵심 기술{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2004.12.16| 38페이지| 1,000원| 조회(646)

내연기관, 특성, 프리프스톤, Free-Piston, Free Piston

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