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ISSN : 1598-6721(Print)
ISSN : 2288-0771(Online)
The Korean Society of Manufacturing Process Engineers Vol.17 No.3 pp.34-38
DOI : https://doi.org/10.14775/ksmpe.2018.17.3.034

A Study on the Configuration of Turbo Charger through Flow Analysis

Moonsik Han*, Jaeung Cho**#
*Department of Mechanical and Automotive Engineering, Keimyung UNIV.
**Division of Mechanical and Automotive Engineering, Kongju National UNIV.
Corresponding Author : jucho@kongju.ac.kr Tel: +82-41-521-9271, Fax: +82-41-555-9123
31/03/2018 07/04/2018 14/04/2018

Abstract


Recently, the turbo charger has become an important part because it yields little displacement and high power while downsizing the engine’s fuel ratio for environmental purposes. In this study, flow analysis was conducted to form the basis of data regarding the best efficiency. The axial displacement was changed from none to 25 mm by controlling the configuration of the turbo charger and the flow analyses were compared with each other. The maximum rate of the outlet of model 1 was 46.36 m/s and the maximum pressure of model 4 was 0.761946 Pa. The maximum flow rate of model 4 was 0.000187650 kg/s. This study’s result should aid in the effective design of a turbo charger with high performance.



유동해석을 통한 터보차저 형상 연구

한 문식*, 조 재웅**#
*계명대학교 기계자동차공학과
**공주대학교 기계자동차공학부

초록


    © The Korean Society of Manufacturing Process Engineers. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1 서 론

    최근 연비와 PM, Nox등으로 인한 환경오염 문제 로 인해 개발되는 엔진 대부분은 다운사이징으로 제작되어지고 있다. 그에 따라 각 완성차 제작사들 은 줄어든 배기량으로 인해 부족해진 출력을 보완 하기 위해서 엔진에 터보차저나 슈퍼차저를 부착했 다. Fig. 1은 터보차저의 사진으로 터보차저의 형상 중 네모난 셀을 돌출시켜 최상의 효율을 발휘하는 형상을 검토하였다. 본 연구에서 사용된 터보차저 의 형상 중 셀을 0, 15mm, 20mm, 25mm로 돌출시 켜 최상의 효율을 발휘하는 형상을 찾음으로서 최 적화된 설계를 위한 데이터 확보가 가능하다고 사 료된다[1-7].

    2 본 론

    2.1 연구 모델

    연구 모델의 형상은 실제 터보차저 사이즈를 측정하여 1:1 비율로 모델링하였다. 모델링은 Inventor를 이용하였으며, 해석은 ANSYS를 이용하 여 해석하였다. Fig. 2는 Inventor로 모델링한 터보 차저의 외부이며, Fig. 3은 0, 15mm, 20mm, 25mm 인 각 돌출량에 따른 터보차저들의 내부 형상들이 다. 각 조건에 대한 Elements 와 Nodes들은 Table. 1에 표기하였다[8-10].

    2.2 해석 조건

    Fig. 4는 모델의 경계조건을 나타낸 그림으로 각각 공기가 들어가는 Inlet, 공기가 나가는 Outlet, 공기가 지나는 관로는 Wall로 지정하여 각 모델에 동일하게 경계조건을 준 후 해석을 진행하였다. Inlet에는 공기량을 감안하여 10m/s의 속도를 주었 고, Outlet 부위에서는 대기압을 주었다.

    2.3 유동해석 결과

    터보차저의 효율성을 다방면으로 알아보기 위 해 각 모델별로 속도, 압력, 유량을 알아보았다. Fig. 5는 각 모델별로 속도를 Stream Line으로 나 타낸 그림이다. 또한, Fig. 6은 각 모델별로 압력 을 등고선으로 나타낸 그림이며, Table. 2는 Outlet 쪽에서 나오는 압력과 유량을 모델별로 적어놓은 표이다.

    위와 같은 해석결과들을 보았을 때 가장 빠른 속도를 보이는 모델은 46.46 m/s가 나온 Model 1 이고 가장 높은 압력을 보이는 모델은 0.322882 pa이 나온 Model 2이다. 마지막으로 가장 유량이 빠른 모델은 0.000187650 kg/s가 나온 Model 4이 다.

    3 결 론

    본 연구는 터보차저 형상 돌출량에 따른 속도, 압력, 유량을 해석적 기법을 통해 다음과 같은 결 론을 도출 할 수 있었다.

    1. 각기 다른 돌출량에 따른 출구 속도를 찾을 수 있었으며, 최대 46.36m/s가 나왔고, 최소값은 45.21 m/s의 결과를 보였다.

    2. 각 연구모델에 따른 출구 압력을 찾을 수 있었 으며, 최대값은 Model 4로 0.761946Pa이 나왔고, 최소값으로는 Model 2로 0.322882Pa이 나왔다.

    3. 각 연구모델의 출구 유량에 확인할 수 있었으 며, 최대값은 Model 4로 0.000187650kg/s가 나왔 으며, 최소값으로는 Model 1으로 0.000186840kg/s 가 나왔다.

    4. 본 연구의 결과를 토대로 터보차저의 형상 돌 출별에 대한 데이터를 얻었으며, 이를 통해 불필 요한 실험을 줄이고 또한 다양한 결과값을 얻음 으로서 최적화된 설계를 위한 데이터 확보가 가 능하다고 사료된다.

    Figure

    KSMPE-17-34_F1.gif
    Meshes of models
    KSMPE-17-34_F2.gif
    Design of analysis model
    KSMPE-17-34_F3.gif
    Shape of analysis inner model
    KSMPE-17-34_F4.gif
    Boundary condition of models
    KSMPE-17-34_F5.gif
    Rate at models
    KSMPE-17-34_F6.gif
    Pressure at models

    Table

    Model design variables
    Pressure and massflow at models

    Reference

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