가상 임팩터의 성능 향상을 위한 수치적 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 cutoff size가 1 마이크로미터 이고 150 LPM의 유량으로 작동하는 선형 슬롯 가상 임팩터를 설계하기 위하여 수치 해석을 진행하였다. 가상 임팩터의 일반적인 형상으로 프로토타입을 설계하여 수치해석을 진행하고 설계 매개변수를 변화시킨 모델에 대하여 해석 결과를 비교하였다. 수치해석에는 상용 유동 해석 프로그램인 ANSYS FLUENT가 사용되었으며 유동장 내의 난류를 계산하기 위해 RSM 모델을 사용하였다. DPM을 사용하여 가상 임팩터 내부에서 입자의 궤적을 확인하고, 가상 임팩터 내부에서 입자의 수집 효율 및 벽 손실을 계산하였다. 가속 노즐의 각도, 노즐 길이의 비를 변경한 모델에 대해 결과를 비교하였고 가속 노즐의 각도 감소에 따라 큰 입자의 수집 효율 증가와 벽 손실의 감소, 노즐 길이 비의 증가에 따른 cutoff size의 변화를 계산하였으며 설계 변수와 가상 임팩터 성능의 상관관계를 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, numerical analysis was performed to design a linear slot virtual impactor with a cutoff size of 1 micrometer and operating at 150 LPM. A prototype was designed with a general shape of a virtual impactor, numerical analysis was conducted, and the results were compared for a model with a change in shape parameters. ANSYS FLUENT was used for numerical analysis, and an RSM model was used to calculate turbulence in the flow field. The particle trajectory was confirmed using DPM, and the collection efficiency and wall loss of particles inside the virtual impactor were calculated. The results were compared for the model in which the ratio of the acceleration nozzle angle and the nozzle width (W2/W1) was changed, and the increase in the collection efficiency of large particles and the decrease in wall loss as the angle decrease, and the change in the cutoff size according to the increase W2/W1 . Numerical studies predicted the impact of each parameter on virtual impactor performance.

목차 (Table of Contents)

• [그림 차례] i
• [표 차례] ii
• [수식 차례] iii
• [기호 설명] iv
• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 이 론 6
• 2.1 지배 방정식 6
• 2.2 가상 임팩터 7
• 제 3 장 수치해석 8
• 3.1 수치해석 설정 8
• 3.1.1 모델링 및 격자 생성 10
• 3.1.2 경계 조건 및 솔버 설정 14
• 3.1.3 입자의 움직임 계산 15
• 3.2 수치해석 결과 16
• 3.2.1 유선 분포 및 입자의 움직임 16
• 3.2.2 2차원 해석 결과 비교 22
• 3.2.3 2차원과 3차원 해석 결과 비교 27
• 제 4 장 결 론 30
• [참고 문헌] 32