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RCM의 구동조건에 따른 단일 액적의 증발 및 연소 현상 = Evaporation and Combustion Characteristics of a Single Droplet According to the Operating Conditions of the RCM
서명 / 저자 RCM의 구동조건에 따른 단일 액적의 증발 및 연소 현상 = Evaporation and Combustion Characteristics of a Single Droplet According to the Operating Conditions of the RCM / 김혜민.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2012].
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The investigations of the single droplet evaporation and combustion phenomena play important roles in understanding the combustion characteristics of the internal engine. The goal of this study is to identify the evaporation and combustion characteristics of a single n-heptane droplet inside the RCM. RCM is an experi-mental device for simulating a single compression stroke of an internal combustion engine to observe the combustion phenomena in HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) environments. When the chamber of the RCM is compressed, the temperature inside the chamber increases, evaporating and auto-igniting a fuel droplet. The specifications of the RCM used for the experiments were 50mm bore, 13 to 19 changeable compression ratio, and pneumatic driving. In this study, a single n-heptane droplet was installed at the center of the reaction chamber to observe the evaporation and combustion characteristics. The droplet was suspended at the tip of the fine thermocouple (50μm), and the transient temperature of the droplet was measured. Images of the droplet were taken by using a high speed camera with a frame rate of 500frame/sec. The experiments were conducted in room temperature and atmospheric pressure, and the initial droplet diameter, compression ratio, and driving pressure of the RCM were set as the experimental conditions. To observe the pure evaporation of the droplet, N2 gas was injected inside the reaction chamber, and for combustion, dry air was used. In the evaporation experiments, result showed that the droplet diameter experienced constant regression during the evaporation process. This regression occurred because of the heat valance of the droplet during the RCM operation. The results also revealed that as the initial droplet diameter increased, the evaporation rate decreased because it takes longer time to heat up the droplet. The evaporation rate of droplet rose as the compression ratio was increased. However, there were no distinctive differences in evaporation rate when the driving pressure was varied. Combustion experiments were also carried out and the results indicated that a larger droplet size resulted in longer ignition times. However, no ignition occurred when the droplet diameter exceeded 700μm. The droplet temperatures at which the ignition initiated were constant at about 100°C for various initial droplet diameters. The ignition delay time did not show many differences with respect to the change of driving pressure, because peak temperatures of the two experimental cases were almost the same, whereas the droplet size effect on the ignition delay remained invariant for both operation times as discussed previously.

내연기관 연소현상 연구에 있어 단일액적의 증발 및 연소현상을 관찰하는 것은 중요하다. 본 연구의 목적은 RCM 내부에서 단일 n-heptane 액적의 증발 및 연소현상을 관찰하는데 있다. RCM은 내연기관의 단일 압축행정을 모사하는 실험장치로써 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) 환경에서의 연소현상을 관찰하기 위해 사용된다. RCM 이 압축행정을 시작할 때 연소실 내부의 온도는 상승하게 되며, 이로 인해 액적의 증발 및 연소현상이 발생하게 된다. 본 실험에 사용된 RCM 은 피스톤 직경 50mm, 압축비가 13에서 19까지 조절 가능하며 공압구동방식이다. 단일액적의 증발 및 연소현상을 관측하기 위해 RCM 연소실 중심부에 단일 n-heptane을 설치하였다. 액적은 매우 가는 열전대 끝에 설치하였으며, 열전대를 통해 시간에 따른 액적 내부의 온도를 측정하였다. 초고속 카메라를 통해 초당 500장의 액적 이미지를 촬영하였다. 실험은 상온 상압환경에서 진행되었으며, 액적 초기직경, 압축비, 구동압력을 실험 조건으로 선정하였다. 순수한 증발현상만을 관찰하기 위해 연소실 내부에는 질소가스가 주입되었으며, 연소현상을 관찰하기 위해서는 건조공기가 사용되었다. 액적 증발실험 결과 액적의 직경변화는 증발 발생시간 동안 일정하게 감소함을 확인하였다. 이러한 액적의 증발현상은 RCM 구동시간 동안 액적의 열적 평형에 의해 결정되었다. 결과를 통해 액적의 초기직경이 증가할수록 증발율은 감소함을 확인하였으며, 이는 액적의 가열시간에 의한 현상으로 확인되었다. 압축비가 증가할수록 증발율은 증가하는 경향을 나타내었으나 구동압력에 따라서는 의미 있는 변화를 나태내지 않았다. 연소실험 결과 액적 초기직경이 증가할수록 점화지연이 증가함을 확인하였고, 액적의 직경이 700μm 를 넘게 되면 연소현상은 발생하지 않았다. 연소가 발생할 때 액적 내부의 온도는 액적의 초기직경에 관계없이 약 100 °C 로 나타났다. 구동압력이 변화할 때 RCM 의 구동시간 차이로 인해 점화지연의 차이가 발생하였으나 액적 직경에 따른 점화지연 효과는 구동압력에 관계없이 거의 동일하게 나타났다.

서지기타정보

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청구기호 {MAE 12005
형태사항 v, 52 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Hye-Min Kim
지도교수의 한글표기 : 백승욱
지도교수의 영문표기 : Seung-Wook Baek
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 항공우주공학전공,
서지주기 참고문헌 : p. 28-30
주제 비정상 상태
급속압축장치
액적
증발
연소
Unstead condition
RCM
Droplet
Evaporation
Combustion
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