수치모사를 이용한 선택적 촉매환원 시스템의 믹서 형상에 따른 혼합특성 연구
Numerical Study of Mixing Characteristics for mixer configuration changes in Selective Catalytic Reduction System
- 주제(키워드) 수치모사 , 선택적 촉매환원 시스템 , 믹서 형상
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 최윤호
- 발행년도 2008
- 학위수여년월 2008. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
자동차의 대량 보급으로 인한 환경파괴가 심각한 사회문제로 대두됨에 따라 저공해·고효율 자동차에 대한 등장이 요구되고 있다. 고효율 자동차는 희박연소 엔진의 사용이 필수적이며 이에 따라 디젤 자동차가 주목받고 있다. 고효율 디젤 자동차의 저공해를 위한 규제기술은 엔진기술, 연료기술, 후처리 기술로 분류할 수 있다. 현재 엔진기술과 연료기술에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있지만 배출가스규제수준이 단계적으로 높아짐에 따라 엔진기술과 연료기술만으로 규제치를 만족하기에는 어려움이 있다. 따라서 후처리시스템에 대한 기술개발이 요구되고 있으며, 많은 시도가 이루어지고 있다. 후처리시스템에서의 주요저감대상 배출가스는 입자상물질(PM)과 NOx로 나누어진다. 그 중 입자상물질(PM)은 DPF(Diesel Particulate Filter trap: 매연여과장치)기술의 발달로 약 90%의 저감수준까지 도달해 있다. 반면 NOx 저감 기술은 아직 개발 진행 중에 있고, 그 종류도 LNT(Lean NOx Traps), LNC(Lean NOx Catalysts), SCR(Selective Catalytic Reduction) 같은 여러 기술이 제시되고 있다. SCR 방식 중 Urea-SCR 방식은 향후 유력한 NOx 저감기술로 예상되고 있으며, 선진 각국에서 활발히 연구개발 되고 있다. 본 연구는 상용코드인 Fluent를 이용하여 자동차 배기부의 Urea-SCR 시스템의 유동을 해석하여 SCR 시스템내에서 분사되는 Urea의 혼합특성을 알아보는 것을 주목적으로 한다. Fluent내의 Discrete Phase Model을 사용하여 Urea와 비슷한 물성치를 갖는 물(Water)을 대신 분사하여 분사특성을 알아보고, 물과 공기의 혼합률에 영향을 주는 요인(혼합기의 날개 수와 각도)들을 파악하였다.
more초록/요약
As the environmental disruption caused by the mass supply of vehicles is emerged as one of the serious problems, new cars with low pollution problems and high efficiency is needed. Because the low combustion engine is essential for the high efficiency car, diesel cars has attained attention. The low pollution regulations of the high efficiency diesel cars are classified by engine technique, fuel technique and post treatment technique. Now the study of engine technique and fuel technique is actively proceeding but it is difficult to satisfy the regulative levels only with the engine technique and fuel technique, as the regulations on exhaust fumes have escalated. Accordingly, many attempts on post treatment system have been proceeding and more technical developments are required. With regard to the post treatment system, exhaust fumes which is the major reduction target, are divided into PM and NOx. Owing to the technical development of DPF, PM is successfully reduced about 90%. In contrast with PM, the reduction technique on NOx is still on developing and the various techniques, such as LNT, LNC, SCR, etc., are presented. Among SCR methods, many advanced countries are actively proceeding the R&D of Urea-SCR, which is expected to be a leading NOx reduction technique hereafter. This study is mainly purposed to investigate the mixed features of spurting urea in SCR system, through analysing the fluid of Urea-SCR system in the exhaust part of vehicles by Fluent, commercial code. Also, this study investigates the features in case of spurting Water which has similar material property to urea, using Discrete Phase Model in Fluent and defines the factors having influences on the mixing rates of water with air, such as the numbers of wings and angle in Mixer.
more목차
감사의 = 글ⅰ
요약 = ⅱ
표 차례 = ⅴ
그림 차례 = ⅵ
기호설명 = ⅷ
1. 서론 = 1
2. 지배 방정식 = 5
2.1. 3차원 Navier-Stokes 지배방정식 = 5
2.2. 난류 모델 = 6
2.3. 분사 모델 = 7
2.3.1. 액적의 유동방정식 = 7
2.3.2. Wall film 모델 = 8
2.4. Porous 모델 = 9
3. 수치해석 기법 = 13
3.1. SIMPLE 알고리즘 = 13
3.2. 경계 조건 = 14
3.3. 계산 격자 = 14
4. 결과 및 검토 = 17
4.1. 해석 모델 타당성 검토 = 17
4.1.1. DPM Model 검증 = 17
4.1.2. Porous Model 검증 = 17
4.2. 해석 결과 = 21
4.2.1. 계산 조건 = 21
4.2.2. 농도 분포 불균일도 = 21
4.2.3. 계산 모델 해석 = 23
4.2.4. 계산결과 비교 = 25
4.2.4.1. 날개 각도에 따른 혼합특성 = 25
4.2.4.2. 날개 수에 따른 혼합특성 = 26
4.2.4.3. 형상 변화에 따른 압력 강하 = 27
5. 결론 = 45
［참고문헌］ = 46
Abstract = 47
