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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 구자예
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
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본 연구에서는 탄화수소계열 순수 단일물질을 사용하여 아임계, 초임계 조건에서 액적 분사 연구를 수행함으로써 진동이 액적 분열에 미치는 영향과 주변 환경이 액적 상변화에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 실험에 사용된 유체는 순수 단일물질로 데케인(decane)과 메틸사이클로헥산(Methylcyclohexane, 이하 MCH)을 사용하였으며, 액적 가진장치로 피에조 가진기(Piezo actuator)를 사용하였다.
진동과 액적 분열간의 상관관계를 검증하기 위해 대기 중으로 분사되는 물의 액적 분열 실험을 수행하여 주파수가 액적크기에 미치는 영향과 진폭이 액적 분열길이에 미치는 영향에 대해 검증하였다. SUPERTRAPP 프로그램으로 계산된 데케인과 MCH의 온도별, 압력별 물성치를 토대로 예상되는 액적 분열길이를 계산하였고, 실제 실험과 이론값이 거의 일치하는 결과를 도출해 내었다. 기 수행된 초임계 상변화 가시화 실험에서와 유사하게 초임계 환경으로 분사되는 탄화수소계열 유체 액적의 표면에서 임계단백광 현상이 발생하는 것을 확인 할 수 있었다.
액적 상변화 연구 결과 고온으로 분사되는 액적의 경우 액적 경계면에서의 기화작용으로 인해 깃털 모양이 나타났다. 챔버 내부 환경을 고온, 고압의 초임계 상태로 만들었을 때 액적 경계면에서의 초임계로의 상변화가 발생하여 아임계 환경이나 천임계 환경보다 작은 액적이 발생하였으며, 액적 경계면에서 매우 활발한 초임계 상변화 현상이 관측 되어 큰 밀도 변화가 깃털 모양으로 관측되었다. 압력과 온도 모두 임계점을 넘어선 완전 초임계 환경으로 액적을 분사한 케이스의 경우 표면장력이 0에 가까워져 매우 작은 액적이 짧은 간격으로 발생하였다.
진동과 액적 분열간의 상관관계를 검증하기 위해 대기 중으로 분사되는 물의 액적 분열 실험을 수행하여 주파수가 액적크기에 미치는 영향과 진폭이 액적 분열길이에 미치는 영향에 대해 검증하였다. SUPERTRAPP 프로그램으로 계산된 데케인과 MCH의 온도별, 압력별 물성치를 토대로 예상되는 액적 분열길이를 계산하였고, 실제 실험과 이론값이 거의 일치하는 결과를 도출해 내었다. 기 수행된 초임계 상변화 가시화 실험에서와 유사하게 초임계 환경으로 분사되는 탄화수소계열 유체 액적의 표면에서 임계단백광 현상이 발생하는 것을 확인 할 수 있었다.
액적 상변화 연구 결과 고온으로 분사되는 액적의 경우 액적 경계면에서의 기화작용으로 인해 깃털 모양이 나타났다. 챔버 내부 환경을 고온, 고압의 초임계 상태로 만들었을 때 액적 경계면에서의 초임계로의 상변화가 발생하여 아임계 환경이나 천임계 환경보다 작은 액적이 발생하였으며, 액적 경계면에서 매우 활발한 초임계 상변화 현상이 관측 되어 큰 밀도 변화가 깃털 모양으로 관측되었다. 압력과 온도 모두 임계점을 넘어선 완전 초임계 환경으로 액적을 분사한 케이스의 경우 표면장력이 0에 가까워져 매우 작은 액적이 짧은 간격으로 발생하였다.
목차
요약 i목차 iv그림목록 ix표목록 x기호목록 xii1. 서론 11.1. 이론적 배경 11.2. 연구 배경 및 목적 21.3. 연구 내용 및 범위 42. 초임계 액적 분사 가시화 시스템 62.1. 초임계 액적 분사 가시화 장치 62.1.1. 초임계 액적 분사 시스템의 원리 62.1.2. 초임계 액적 분사 시스템의 구성 72.1.3. 가시화 챔버 형상 및 제원 92.2. 액적 발생용 피에조 가진 장치 102.2.1. 피에조 가진기의 원리 102.2.2. 피에조 가진 시스템 설계 112.3. 시스템 제어 및 데이터 수집 142.3.1. 실험 장치 데이터 수집라인 설계 142.3.2. 원격 제어장치 설계 163. 실험방법 및 분석방법 183.1. 초임계 액적 분사 실험방법 183.1.1. 초임계 액적 분사 가시화 실험방법 183.1.2. 실험 종료 후처리 방법 203.2. 가시화 데이터 분석 기법 213.2.1. 쉐도우 그래프 이미지 방법 213.3. 진동과 액적분열의 상관관계 분석 223.3.1. 표면장력에 따른 액주길이 분석 223.3.2. 진동수에 따른 액적크기 분석 234. 실험 결과 254.1. 대체 모델 소개 254.1.1. 대체 모델 264.2. 액적 분열과 진동의 상관관계 274.2.1. 상온, 대기압 수류 예비실험 274.2.2. Decane 액적 상변화 실험 304.2.3. MCH 액적 상변화 실험 424.3. 주변 환경 변화에 따른 액적 분사 544.3.1. 액적 분사 실험 조건 544.3.2. 아임계 환경에서 액적 실험 결과 554.3.3. 천임계 환경에서 액적 실험 결과 594.3.4. 초임계 환경에서 액적 실험 결과 614.3.5. 주변 환경 변화에 따른 액적 분사 분석 655. 결론 66참고문헌 68
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