시료채취 프로브 구성 조건에 따른 S형 피토 튜브 계수 변화의 실험적 연구
Experimental Investigation of the Variation in S-Type Pitot Tube Coefficients under Different Sampling Probe Configuration Conditions
- 주제(키워드) S형 피토 튜브 , 등속흡인 시료채취 , 굴뚝 유량 측정 , 피토 튜브 계수 , 공기역학적 간섭
- 주제(DDC) 628.5
- 발행기관 아주대학교 공학대학원
- 지도교수 이재영
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 공학대학원 환경안전공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035687
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
굴뚝 배출가스 유량의 정확한 측정은 규제 준수와 배출부과금 산정의 신뢰성 확보를 위해 필수적이다. 국내 현장에서는 등속흡인 방식의 입자상 시료채취 과정에서 S형 피토 튜브를 이용한 유속 측정이 널리 활용되나, 현행 국내 기준은 구성요소의 끝단 정렬 등 기하학적 조건에 주로 초점을 두고 있어, 온도센서 및 여과지 홀더, 흡인 노즐 등 부속기기에 의한 공기역학적 간섭을 충분히 반영하지 못한다. 본 연구는 국내에서 사용되는 여과지 홀더 포함 “Full Assembly” 시료채취 프로브를 대상으로, 구성 조건에 따른 S형 피토 튜브 계 수 (Cp) 변화와 측정 불확도를 실험적으로 정량화하였다. 실험은 흡입식 풍동에서 수행하였으며, Type 1(국내 규격) 프로브의 기준 Cp는 0.821, Type 2(국제 규격) 프로브의 기준 Cp는 0.817로 설정하였다. 온도센서 이격거리(0 cm ~ 5 cm), 흡인 노즐 외경(6.35 mm ~ 15.88 mm), 여과지 홀더 유, 무를 변수로 하여 기준 유속 (6 m/s ~ 30 m/s) 범위에서 Cp의 변화 특성, 상대측정불확도, 및 선형성을 평가하였다. Type 1 프로브에서는 온도센서가 피토 튜브 끝단에 근접할수록 Cp가 크게 감소하였다. 0 cm 조건에서 Cp는 0.750으로 기준값(0.821) 대비 8.6 % 낮았고, 5 cm 이격 시 0.820까지 회복되었다. 최대 복합 간섭 조건(온도센서 0 cm, 15.88 mm 노즐)에서는 Cp가 0.762로 추가 감소(기준 대비 7.2 % 감소)하였으며, 저유속 구간에서 불확도 증가(U = 0.78 %, k = 3.18, 신뢰수준 95 %)가 확인되었다. 여과지 홀더 단독 조건에서는 평균 Cp는 0.808로 기준 대비 1.6 % 감소하였으나, 유속에 따른 변화는 크지 않았다. 흡인 노즐 장착은 전반적으로 Cp를 기준값 대비 약 (2.1 ~ 2.6) % 감소시키는 경향을 보였고, 최대 외경 노즐(15.88 mm)에서는 고유속에서 Cp가 미세하게 반등하는 양상이 관찰되었다. 반면 Type 2 프로브는 온도센서가 측면에 일정 거리로 고정되는 구조적 특성으로 인해, 노즐 외경 및 유속 변화에도 Cp가 0.800 ~ 0.803 범위에서 안정적으로 유지되었다. 여과지 홀더 결합시 평균 Cp는 0.807(기준 대비 1.2 % 감소) 로 나타났고, 유속에 대한 선형성도 양호하였다(r > 0.88). 이러한 결과는 Type 1 프로브에서 1 cm 이내 온도센서 근접 배치와 대구경 노즐은 Cp에 유의미한 편향을 유발하여 유속, 유량 산정 오차를 증가시킬 수 있음을 시사한다. 따라서 피토 튜브와 온도센서 간 최소 5 cm 이격거리 확보가 권고되며, 국내 기준 또 한 ISO 10780 등 국제 기준을 참고하여 공기역학적 간섭을 저감할 수 있는 설계 및 교정 기준을 반영할 필요가 있다.
more목차
제 1장. 서론 1
1.1 연구의 배경 및 필요성 2
1.2 연구의 목표 및 방법 4
제 2장. 이론적 배경 5
2.1 등속흡인 방식과 유속 산정 원리 6
2.2 S형 피토 튜브의 구조 및 계수(Cp) 개념 9
2.3 국내외 규격 고찰 13
2.3.1 피토 튜브의 교정에 대한 규격 13
2.3.2 입자상 물질 시료채취 관련 규격 15
2.3.3 정기 숙련도 시험 세부 지침 19
2.3.4 종합 비교 20
2.4 선행연구 분석 22
제 3장. 연구 방법 24
3.1 실험 장치 및 구성 25
3.1.1 흡입식 풍동 장치 26
3.1.2 시료채취 프로브 32
3.1.3 S형 피토 튜브 34
3.1.4 온도센서 35
3.1.5 여과지 홀더 36
3.1.6 흡인 노즐 37
3.2 실험 변수 설정 38
3.3 실험 절차 39
3.4 데이터 처리 및 통계 분석 40
제 4장. 연구 결과 42
4.1 기준 S형 피토 튜브의 교정 결과 및 반복성 평가 43
4.2 Type 1 프로브 구성 변화에 따른 Cp 영향 평가 46
4.2.1 여과지 홀더 장착 조건에 따른 Cp 변화 46
4.2.2 흡인 노즐 외경 변화에 따른 Cp 변화 48
4.2.3 온도센서 이격거리 변화에 따른 Cp 변화 51
4.2.4 프로브 구성 요소의 복합 간섭 효과 55
4.3 Type 2 프로브 구성 변화에 따른 Cp 영향 평가 57
4.3.1 여과지 홀더 결합에 따른 Cp 특성 분석 57
4.3.2 여과지 홀더 및 흡인 노즐 장착에 따른 Cp 영향 평가 60
제 5장. 결론 62
제 6장. 참고문헌 66
Abstract 73
