An ejector is a device in which a high-pressure jet of fluid is used to entrain low-pressure fluid by momentum exchange between those two flows. Recently, it is expected that ejectors play a key role for hydrogen recirculation system in fuel cell vehicles. Thus prediction of ejector performance in fuel cell vehicle operating condition is a very important work.
In this thesis, a closed circuit model is proposed to predict ejector performance. With this model, an optimal ejector design is carried out. Two parts of tasks are done for the design: ejector flow simulation with a commercial CFD code and response surface methodology to get the optimum ejector geometry for given operating conditions.
For the case of ejector simulation, it is important to define the boundary conditions correctly. In the hydrogen recirculation system, pressure drop through the fuel cell stack plays an important role in predicting ejector performance, which requires iterative procedure.
Response surface methodology is used to get an optimum ejector geometry and also to find out significant variables affecting ejector performance.
이젝터는 고압의 유체와 저압의 유체 사이의 운동량 교환을 이용해서 저압의 유체를 흡입하는 장치로서, 이젝터가 가진 장점 덕분에 최근 연료전지 차량의 재순환 시스템에서 재순환을 위한 핵심 부품으로서 그 활용가치가 기대되고 있다. 따라서 연료전지 차량의 작동환경에서 이젝터 성능예측은 매우 중요하다.
본 연구에서는 이젝터 성능 예측을 위한 Closed circuit model을 제안하며, 이 모델을 이용하여 최적 성능을 나타내는 이젝터 설계를 수행할 수 있다. 이를 위해서 본 연구에서는 크게 두 가지 일이 수행되었다. 그 중의 하나는 CFD 상용코드를 통한 이젝터 유동 해석이며, 나머지 하나는 주어진 작동 환경에서 실험계획법 기반의 반응표면분석법을 통한 최적 이젝터 형상 도출이다.
CFD상용코드를 통한 이젝터 유동 해석의 경우 경계조건의 올바른 정의가 매우 중요하다. 연료전지 차량의 수소 재순환 시스템의 경우 연료전지에서 발생하는 압력강하가 이젝터 성능 예측에 가장 중요한 부분이며 이 압력강하를 예측하기 위해 반복적인 절차가 필요하다.
반응표면분석법은 최적 성능을 나타내는 이젝터 형상을 도출하는데 사용될 뿐만 아니라 형상을 나타내는 변수가 이젝터 성능에 끼치는 영향을 정도를 통계적 수치를 통해 파악하는데 사용된다.
