디젤 매연여과기 내의 음향전파 해석에 관한 연구

Abstract

디젤 엔진의 배기가스는 인체에 해로운 많은 입자상 물질 (PM)을 포함하고 있으므로, 디젤 자동차의 대중화를 위해서는 계속 강화되는 환경규제를 만족시키는 PM의 감소가 필수적이다. 이러한 목적으로 디젤 퍼티큘레잇 필터 (DPF)가 디젤 엔진의 촉매변환기와 머플러 사이에 장착되어 사용된다. 수천 개의 입구와 출구가 동일하지 않은 모세관으로 구성되어 있는 DPF는 다공성 모세관 벽면에서의 벽면 투과 현상에 의해 PM을 제거한다. 대부분의 DPF에 관한 연구는 재료, 압력강하, 재생, PM 감소량에 집중되어 있었고, DPF의 음향특성에 관한 연구는 많이 이루어지지 않았다. 본 논문의 목적은 실제 작동조건에서 DPF의 음향전파 특성을 예측하는 음향모델을 제시하는 것이다. 경계층에서의 점성과 열전도의 영향이 고려되고, 선행연구에서 무시하였던 길이방향의 온도구배와 속도구배가 고려된다. 또한 선행연구에서는 DPF 입구와 출구에서 음향특성을 예측하기 위해 실험으로 측정되는 유동비저항 값을 사용하였지만, 본 연구에서는 경험 식을 바탕으로 이론적으로 계산할 수 있는 압력손실계수를 사용한다. 속도구배와 온도구배를 고려하기 위해 DPF 모노리스 영역을 다수의 구획으로 나누는 구획모델을 제시하였다. 입구, 출구, 모노리스 영역에서 구한 각각의 전달행렬로부터 DPF 전체에서의 전달행렬이 결정되고, 이를 사용하여 DPF의 전달손실이 예측된다. 예측된 전달손실을 측정된 전달손실과 선행연구와 비교한다. 전달손실 측정 시 기존 방법에서 발생하는 오차를 줄이기 위해 개선된 방법을 제안하였고 이를 사용하여 측정오차를 줄였다. 제시된 모델을 사용해 예측한 전달손실이 측정치와 잘 일치하고 선행연구보다 더 좋은 결과를 나타낸다. 실제 DPF 작동조건에서의 전달손실을 예측하였다. 전달손실에 영향은 작지만 속도구배가 온도구배보다 전달손실에 다소 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 본 연구에서 제안된 모델은 배기계의 전달손실을 예측하는데 효과적으로 사용될 것으로 생각된다.