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요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 서론 18
제2장 연구의 필요성 및 목적 22
제1절 현재 기술 및 한계 22
1. 2차전지(Rechargeable Batteries)의 에너지밀도 23
2. 방전시간에 따른 배터리의 용량 변화 25
3. 배터리의 수명 26
4. 배터리의 충전균일화(Charge equalization) 27
제2절 연구목적 및 활용성 29
1. 내연기관 방식의 파워팩 단점 및 장점 29
2. 내연기관 방식의 파워팩 활용성 31
제3장 연구동향 35
제1절 마이크로 가스터빈 발전 시스템 36
제2절 마이크로 로터리 엔진 발전 시스템 37
제3절 마이크로 리니어 엔진 발전 시스템 40
제4절 미니엔진/발전시스템 43
제4장 초소형 파워팩 개념 설계 및 제작 45
제1절 초소형 세라믹 리니어엔진 개념설계 45
제2절 초소형 세라믹 리니어엔진 설계 및 제작 49
1. 세라믹엔진 부품 설계 및 제작 49
2. 연료점화장치 설계 및 제작 52
3. 연료공급장치 설계 및 제작 55
4. 공기공급(흡입)장치 설계 및 제작 57
제3절 초소형 리니어제너레이터 개념 설계 및 제작 59
제5장 초소형 파워팩 기본 해석 62
제1절 리니어엔진의 구조에 따른 유동 해석 62
제2절 리니어제너레이터의 구조에 따른 전자기상 해석 및 최적화 62
1. 모델 설정을 기존 회전식 발전기의 분석 62
2. 초기 모델의 설계 65
3. 설계 인자의 변화에 따른 모의실험 67
4. 최적화 설계 75
5. 발전 유닛의 최적 설계 78
제6장 시험장치 및 성능 평가 84
제1절 실험장치 및 방법 84
제2절 실험결과 및 분석 88
1. 예혼합 장치 검증 실험 88
2. 혼합기 공급조건에 따른 모터링 실험 92
3. 초소형 연소기의 정적연소 실험 95
4. 초소형엔진의 기본 작동 성능 실험 97
제7장 결론 99
참고문헌 102
부록 : 초소형 엔진의 엔진 형상에 따른 유동 해석 104
CFD Analysis and Optimization Of the Scavenging process In a Two-Stroke Engine / Robert Hambridge 106
Summary 107
Nomenclature 108
Contents 109
1. Introduction 111
1.1. Scavenging 112
1.1.1. Scavenging methods 112
1.1.2. Delivery ratio and scavenging ratio 113
1.1.3. Scavenging efficiency 113
1.2. The micro engine, HCCI, free moving piston background. 114
2. The problem defined 117
3. Computational fluid dynamics (CFD) 120
3.1. Pre-processor 121
3.2. Solver 121
3.3. Post-processor 122
4. Setting up a StarCCM+ simulation 124
4.1. Overview of simulation 124
4.2. CAD model creation and importing into StarCCM+ 126
4.3. Pre-processing 126
4.3.1. Physics model selection 127
4.3.2. Define mesh models, values and generate mesh 128
4.3.3. Define boundary & region conditions 129
4.3.4. Stopping criteria & setting solvers 134
4.4. Post-processing 136
4.4.1. Reports, monitors and plots 136
4.4.2. Scalar & vector scenes 138
4.4.3. Derived parts 140
4.4.4. Tables 140
4.5. Next simulation 141
5. Simulation of the scavenging process for a miniature two stroke engine in StarCCM+ 142
6. Results 148
6.1. Original geometry simulation 1.1 148
6.2. New single outlet geometry simulation 1.1 151
7. Discussion, Conclusions & Recommendations 154
7.1. Scavenging methods with relation to design 154
7.1.1. Discussion 154
7.1.2. Conclusions 155
7.1.3. Recommendations 155
7.2. StarCCM+ as a tool for CFD 155
7.2.1. Discussion 155
7.2.2. Conclusions 156
7.2.3. Recommendations 156
7.3. Physics model selection and solvers 156
7.3.1. Discussion 156
7.4. Solvers 157
7.4.1. Conclusions 157
7.4.2. Recommendations 158
7.5. Size of mesh verses computer time 158
7.5.1. Discussions 158
7.5.2. Conclusions 158
7.5.3. Recommendations 159
7.6. Results from simulations 159
7.6.1. Discussions 159
7.6.2. Conclusions 160
7.6.3. Recommendations 160
7.7. The next stage 161
7.7.1. Discussions 161
7.7.2. Conclusions 161
7.7.3. Recommendations 161
References 162
Appendix 163
A. Original geometry simulation 1.1 other graphs 163
B. New geometry simulation 1.1 other graphs 164
C. Divergence simulation 165
D. CatiaV5R17 2D drawing 167
서지정보양식 168
BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET 169
〈표 2-1〉 상용 배터리의 비교 23
〈표 2-2〉 탄호수소계 연료의 에너지밀도 비교 24
〈표 2-3〉 순수 전기자동차의 배터리 중량 및 주행거리 비교 25
〈표 2-4〉 배터리의 충전균일화 과정 없이 연속적으로 충방전을 하는 경우 28
〈표 3-1〉 마이크로 로터리 엔진 설계 인자(University of California) 39
〈표 3-2〉 D-Star Engineering사의 미니디젤발전기 성능 데이터 44
〈표 4-1〉 리니어엔진의 종류 46
〈표 5-1〉 발전 유닛의 초기 설계값 76
〈표 5-2〉 발전 유닛의 최적 설계값 81
[그림 1-1] 휴대용 전자기기(portable electronics) 18
[그림 1-2] 소형 이동시스템(small mobile systems) 19
[그림 1-3] 액체연료 및 배터리의 에너지밀도 비교 20
[그림 1-4] 기존 엔진과 리니어/제너레이터의 개념 비교 20
[그림 2-1] 방전시간에 따른 배터리 용량 변화(용량 42Ah의 납축전지) 26
[그림 2-2] 충방전 사이클에 따른 배터리 수명 변화 27
[그림 2-3] 야외용 발전기(혼다의 야외용 발전기) 31
[그림 2-4] 건설현장의 안전 유도 로봇 31
[그림 2-5] 소형 전기자동차 32
[그림 2-6] HEV의 동력시스템 구조 33
[그림 2-7] 플러그인 하이브리드 자동차의 동력시스템 구조 34
[그림 2-8] 태양광자동차 및 전기자동차 34
[그림 3-1] 휴대용 파워팩으로 사용되는 동력시스템의 효율 35
[그림 3-2] 마이크로 가스 터빈(Micro Gas Turbine. MIT) 36
[그림 3-3] 프로토타입 마이크로 가스터빈(서울대학교) 37
[그림 3-4] 메조스케일 및 마이크로스케일 로터리 엔진(Berkeley, 2002) 38
[그림 3-5] 로터리 엔진의 작동 원리 38
[그림 3-6] 마이크로 로터리 엔진과 하우징의 개념도(University of California) 39
[그림 3-7] Honeywell의 초소형 엔진 개념도 40
[그림 3-8] Georgia Institute of Technology의 마이크로 엔진 개략도 41
[그림 3-9] 일본의 Ritsumeikan 대학의 마이크로 엔진 개념도 42
[그림 3-10] KAIST에서 제작한 초소형 연소기 42
[그림 3-11] 현재 양산되고 있는 가장 작은 크기의 엔진(Cox Tee Dee 엔진) 43
[그림 3-12] Cox Tee Dee 엔진의 효율 데이터 43
[그림 3-13] 미니엔진/발전기 시스템(미국의 D-Star Engineering) 44
[그림 4-1] 리니어엔진/제너레이터 파워팩 외형도 47
[그림 4-2] 리니어엔진/제너레이터 파워팩 내부 구조 47
[그림 4-3] 리니어엔진/제너레이터 파워팩 연소실 및 공기압축기 48
[그림 4-4] 세라믹 피스톤 설계 도면 49
[그림 4-5] 세라믹 실린더슬리브 도면 50
[그림 4-6] 알루미나 피스톤 및 실린더슬리브 50
[그림 4-7] SiC 피스톤 및 실린더슬리브 51
[그림 4-8] 글로우플러그(glow plug) 51
[그림 4-9] 초소형 엔진 점화장치 52
[그림 4-10] ProSpark사 전자점화장치 53
[그림 4-11] CH Electronics사의 전자점화장치 54
[그림 4-12] CDI 방식의 점화장치 54
[그림 4-13] 초소형 점화플러그 55
[그림 4-14] 가솔린 기화기(모델 : Walbro) 56
[그림 4-15] 기화기의 단면도 56
[그림 4-16] 실린더헤드(실린더헤드 하부에 연료공급홀 가공) 57
[그림 4-17] 2행정 엔진의 작동 사이클(two-stroke engine cycle) 58
[그림 4-18] 공기 공급유로 58
[그림 4-19] 회전형발전기 구조(3상 9극) 59
[그림 4-20] 원통형 선형발전기 구조 60
[그림 4-21] 평판형 선형발전기 구조(요크 이동형) 60
[그림 4-22] 영구자석 타입의 평판형 선형발전기 61
[그림 5-1] 기존 소형 발전기의 모델 및 출력 측정 63
[그림 5-2] 단상 발전기의 출력 특성 63
[그림 5-3] 회전형 3상/9극 발전기 형상 64
[그림 5-4] 3상/9극 발전기의 출력 특성 64
[그림 5-5] 스크립트 파일을 이용한 2D 모델 생성 65
[그림 5-6] 초소형 발전기의 초기 모델 설계 66
[그림 5-7] 기본 모델의 Magnetic Flux 분포 해석 66
[그림 5-8] 3D 모델의 생성 67
[그림 5-9] 운동자의 형상의 변화에 따른 자속 변화 68
[그림 5-10] 100회시의 전압 및 전류 파형 69
[그림 5-11] 200회시의 전압 및 전류 파형 70
[그림 5-12] 300회시의 전압 및 전류 파형 71
[그림 5-13] 400회시의 전압 및 전류 파형 72
[그림 5-14] 피스톤 속도 프로파일 73
[그림 5-15] 출력 전압 및 전류의 형태 74
[그림 5-16] 발전 유닛의 초기 설계 75
[그림 5-17] 50H1300의 B-H 선도 77
[그림 5-18] 유한요소해석에 사용된 전기 회로 77
[그림 5-19] 발전 유닛의 최적설계 흐름도 78
[그림 5-20] 최적화 함수 및 경계 조건 79
[그림 5-21] FEM 해석 모델과 Mesh 79
[그림 5-22] 최적설계 결과 80
[그림 5-23] 초기모델과 최적화 모델의 차이 80
[그림 5-24] 비정렬 상태와 정렬 상태에서의 자속선 비교 82
[그림 5-25] 유도된 전압의 파형 83
[그림 5-26] 유도 전류의 파형 83
[그림 6-1] 연료/공기 공급장치 84
[그림 6-2] 연료/공기 예혼합 장치 개략도 84
[그림 6-3] 초소형 엔진 성능실험 장치 86
[그림 6-4] 정적 연소실의 구성도(왼쪽) 및 실제 정적연소실 실험장치(오른쪽) 86
[그림 6-5] 초소형 엔진 성능 시험장치 87
[그림 6-6] 초소형 엔진 제어로직 및 제어장치 87
[그림 6-7] FID의 개략도 88
[그림 6-8] FID 분석장치 89
[그림 6-9] 캘리브레이션 그래프 90
[그림 6-10] 공연비와 DME 농도와의 관계 90
[그림 6-11] FID 분석기를 이용한 당량비 검증결과 91
[그림 6-12] 피스톤 가시화 이미지 (a) 1 Hz-1 bar 93
[그림 6-13] 피스톤 가시화 이미지 (b) 1 Hz-3 bar 93
[그림 6-14] 피스톤 가시화 이미지 (b) 5 Hz-1 bar 94
[그림 6-15] 혼합기 공급 조건 변화에 따른 피스톤 속도 변화 94
[그림 6-16] 인텐시파이어 95
[그림 6-17] 초소형 엔진의 화염사진 및 압력선도 비교 96
[그림 6-18] 당량비 1.0, 공급 압력 1.28 bar 조건에서의 연속 화염 사진 96
[그림 6-19] 엔진 동작 조건에서의 초소형 엔진의 피스톤 변위 97
[그림 6-20] 엔진 동작 조건에서의 초소형 엔진의 피스톤 속도 97
[그림 6-21] 표준위치 검출 및 점화제어 신호 98
[그림 6-22] 엔진 주파수에 따른 도시 열효율 98
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원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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