피스톤이 없는 왕복동식 팽창기의 이론 및 실험적 연구

Abstract

본 연구는 기존 왕복동식 팽창기에서 내부 피스톤이 제거된 형태의 팽창기에 대한 수치적 모델링과 함께 실험을 진행하였다. 팽창기의 성능을 예측하기 위하여 질량 보존, 에너지 보존 식을 이용하여 수치적 모델을 개발하였고, 직접 실험 장치를 설계하고 제작하여 실험을 진행하였다. 기본적인 수치 해석 모델은 오리피스 밸브(Orifice valve)와 버퍼(Reservoir)가 위상조절기를 구성하는 시스템에 대해 이루어졌다. 팽창기에서 가장 중요한 요소는 팽창 후 배기되어 나가는 기체의 엔탈피이므로 팽창기의 저온부에서 배기되어 나가는 기체의 온도를 예측하고 측정하였다. 고압부와 저압부가 각각 5 Bar, 1 Bar인 경우, 초기 시스템 온도가 약 296.5 K 인 동일한 조건에서 수치해석을 통해 약 277.1 K의 주기적 평형 상태 평균 배기온도를 예측하였으며, 실험적으로는 약 279.8 K의 주기적 평형 상태 평균 배기온도를 기록하였다. 추가적으로 오리피스 밸브를 관성관(Inertance tube)으로 대체하여, 관성관 내부 기체들의 관성 효과를 이용하고자 하였으며, 이에 대한 수치해석 또한 진행하였다.