수치모사를 이용한 선택적 촉매환원 시스템의 믹서 형상에 따른 혼합특성 연구

Abstract

자동차의 대량 보급으로 인한 환경파괴가 심각한 사회문제로 대두됨에 따라 저공해·고효율 자동차에 대한 등장이 요구되고 있다. 고효율 자동차는 희박연소 엔진의 사용이 필수적이며 이에 따라 디젤 자동차가 주목받고 있다. 고효율 디젤 자동차의 저공해를 위한 규제기술은 엔진기술, 연료기술, 후처리 기술로 분류할 수 있다. 현재 엔진기술과 연료기술에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있지만 배출가스규제수준이 단계적으로 높아짐에 따라 엔진기술과 연료기술만으로 규제치를 만족하기에는 어려움이 있다. 따라서 후처리시스템에 대한 기술개발이 요구되고 있으며, 많은 시도가 이루어지고 있다. 후처리시스템에서의 주요저감대상 배출가스는 입자상물질(PM)과 NOx로 나누어진다. 그 중 입자상물질(PM)은 DPF(Diesel Particulate Filter trap: 매연여과장치)기술의 발달로 약 90%의 저감수준까지 도달해 있다. 반면 NOx 저감 기술은 아직 개발 진행 중에 있고, 그 종류도 LNT(Lean NOx Traps), LNC(Lean NOx Catalysts), SCR(Selective Catalytic Reduction) 같은 여러 기술이 제시되고 있다. SCR 방식 중 Urea-SCR 방식은 향후 유력한 NOx 저감기술로 예상되고 있으며, 선진 각국에서 활발히 연구개발 되고 있다. 본 연구는 상용코드인 Fluent를 이용하여 자동차 배기부의 Urea-SCR 시스템의 유동을 해석하여 SCR 시스템내에서 분사되는 Urea의 혼합특성을 알아보는 것을 주목적으로 한다. Fluent내의 Discrete Phase Model을 사용하여 Urea와 비슷한 물성치를 갖는 물(Water)을 대신 분사하여 분사특성을 알아보고, 물과 공기의 혼합률에 영향을 주는 요인(혼합기의 날개 수와 각도)들을 파악하였다.