| 제목 |
광센서 트리거를 활용한 단일 액적의 고속 벽면 충돌 가시화 |
| 분야 |
모빌리티 동력 및 구동시스템 |
| 언어 |
Korean |
| 저자 |
이효원(서울과학기술대학교), 임현준(서울과학기술대학교), 최윤제(서울과학기술대학교), 이충훈(서울과학기술대학교) |
| Key Words |
droplet wall impingement (단일 액적 벽면 충돌), single droplet generator (단일 액적 생성기), photo sensor trigger (광 센서 트리거), droplet wall impingement visualization (액적 벽면 충돌 가시화) |
| 초록 |
일반적으로 액체 연료는 분무 상태로 공급되며 이는 크기 및 속도가 불균일하게 분포된 액적의 집합체이다. 분무는 내연기관, 가스터빈 등의 동력 발생 장치, 산업용 로 등의 열발생 장치, 분무 건조, 분무 냉각, 분무 페인팅 등의 공정 산업 분야에서 이용되고 있다. 분무 거동과 관련된 대부분의 연구는 분무의 매크로 구조 또는 단일 액적이 고속 공기 제트에 노출되었을 때의 액적 분열 현상에 대해 이루어졌다. 분무의 벽면 충돌에 대한 연구는 엔진 실린더 내에서의 분무 벽면 충돌과 관련 지어 많이 이루어졌다. 분무의 벽면 충돌과 관련된 연구는 주로 분무가 벽면에 충돌하였을 때의 분무의 매크로한 가시화를 통해 이루어졌으며 단일 액적의 고속 충돌시의 가시화는 기술적 어려움으로 인해 거의 이루어지지 못하였다. 단일 액적의 벽면 충돌 연구는 주로 액적의 자유 낙하시 액적의 거동을 가시화 방법으로 이루어졌으며 이 경우 액적의 벽면 충돌 속도가 1~2 m/s로 저속이다. 본 연구에서는 단일 액적을 고속으로 벽면에 충돌시켰을 때 액적의 거동을 가시화할 수 있는 시스템을 개발하였다. 단일 액적 발생 장치는 syringe와 1-D linear stage로 구성된다. Syringe plunger가 수직 아래 방향으로 움직여 syringe barrel 내의 액체를 syringe nozzle 밖으로 밀어 내어 액적을 생성시킨다. Syringe plunger의 수직 위치 제어는 1-D linear stage의 스텝 모터를 정회전 및 역회전 제어를 통해 이루어졌다. 또한 반복적인 단일 액적 생성을 위해서 정회전 제어와 역회전 제어 간의 최적의 waiting time을 설정하였다. 본 연구에서는 내경 0.3 mm 노즐을 사용하였으며 약 2.7 mm의 단일 액적을 안정되게 생성할 수 있었다. 단일 액적 생성기로 만들어진 액적은 자유 낙하하며 U-자형 포토 센서(U1)를 통과시켰다. 이 때 수평 방향으로 회전하는 1 cm 폭의 판스프링과 충돌하도록 제어하였다. 판스프링과 단일 액적의 충돌 가시화는 U1 포토 센서 신호에 의해 트리거 된다. 자유 낙하하는 단일 액적과 수평 회전운동을 하는 판스프링과의 충돌 제어 및 고속 카메라 가시화 제어를 위한 신호 생성은 마이크로컨트롤러를 사용하였다. 자유 낙하 단일 액적과 판스프링과의 충돌 속도 설정은 판스프링의 회전 반경 길이를 변경함으로써 가능하다. 충돌 속도 측정은 판스프링이 두개의 U-자형 포토 센서 (U2, U3)를 수평 방향으로 차례로 통과함으로써 가능하였다. 단일 액적의 판스프링과의 충돌 속도는 최대 25 m/s까지 가능하였다. 700 FPS (frame per second)의 고속 카메라를 사용하여 단일 액적과 판스프링과의 충돌 과정을 가시화하였고 그 결과를 분석하였다. |
| 원문(PDF) |
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