KR102119266B1 - Nozzle having resistance object for uniform flow in the polyurethane coating process - Google Patents
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- B29C44/367—Feeding the material to be shaped using spray nozzles
Abstract
본 발명의 실시예에 따른 분사노즐은, 유입구에서 분사구로 제1방향을 따라 연장된 유로, 유로의 내부에 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 기둥형 저항체를 포함하는 분사노즐을 제공한다. 이러한 분사노즐은, 분사노즐 내의 기둥형 저항체 주변으로 혼합 유체가 유동되면서 혼합되어 혼합율 및 균일도가 향상되는 효과가 있다.The injection nozzle according to the embodiment of the present invention, a flow path extending in the first direction from the inlet to the injection port, a plurality of columnar resistors arranged spaced apart from each other along the second direction crossing the first direction in the interior of the flow path An injection nozzle is provided. The injection nozzle has an effect that the mixing ratio and uniformity are improved by mixing while the mixed fluid flows around the columnar resistor in the injection nozzle.
Description
본 발명의 실시예에 따른 분사노즐은 고점도 원료를 균일하게 혼합하여 분사시키는 분사노즐에 관한 것이다.The spray nozzle according to the embodiment of the present invention relates to a spray nozzle for uniformly mixing and spraying high-viscosity raw materials.
우레탄 폼은 우수한 기계적 강도, 내노화성, 탄력성 및 단열성으로 인하여 건축 단열재 재료로 널리 사용되고 있다. 이 중 경질 우레탄 폼 보드는 도 1과 같이 배합, 반응, 분사, 절단의 4단계 공정을 거쳐 제작된다. 공정 단계를 간략하게 설명하면 정밀펌프에서 혼합액을 혼합실로 보내어 일차적으로 혼합 된다. 이 과정이 배합 및 반응 과정이다. 반응이 시작된 혼합액을 분사 노즐을 통하여 컨베이어 벨트에 분사 한다. 분사된 혼합액은 발포가 시작되어 압력섹션을 지나면서 발포되면서 단단히 굳어진다. 굳어진 경질 우레탄 폼을 적당한 길이로 절단하면 경질 우레탄 폼 보드가 제작 된다.Urethane foam is widely used as a building insulation material due to its excellent mechanical strength, aging resistance, elasticity and heat insulation. Among them, the rigid urethane foam board is produced through four steps of mixing, reaction, spraying, and cutting as shown in FIG. 1. Briefly describing the process steps, the precision pump is primarily mixed by sending the mixture to the mixing chamber. This process is a compounding and reaction process. The reaction mixture is sprayed onto the conveyor belt through a spray nozzle. The sprayed mixed liquid begins to foam and solidifies as it foams while passing through the pressure section. Cutting the rigid rigid polyurethane foam to a suitable length produces a rigid polyurethane foam board.
이 때 반응 온도와 발포제의 비율, 교반 효율 등과 같은 성형 조건의 변화에 따라 내부 기포의 분포 및 크기, 형상 등이 영향을 받으며, 이러한 기포 발생 경향의 차이에 따라 소재의 밀도와 강도, 경도 등 기계적 성질이 다른 제품 및 불량품을 만들어 낼 수 있다. 그 중에 분사노즐 내부에서의 유동 균일도가 우레탄 폼 보드 품질에 대한 중요 요인 중 하나이다.At this time, the distribution, size, shape, etc. of the internal bubbles are affected by changes in molding conditions such as the reaction temperature, the ratio of the blowing agent, and the stirring efficiency. Products with different properties and defective products can be produced. Among them, flow uniformity inside the injection nozzle is one of the important factors for the quality of urethane foam board.
유동 균일도에 대해서는 기존 전기집진기에 대한 연구가 많이 이루어졌다. 면적비가 주어진 분사노즐에 대해서 확장 각이 달라짐에 따라 분사구 측 속도분포에 미치는 영향에 대한 연구가 있으며, 가이드 베인(vane) 형상과 배치에 따라서 달라지는 유동 균일도에 대해서 연구하기도 하였다. 이들 연구의 유동은 관 내경을 기준으로 한 레이놀즈 수가 104이상인 난류영역에 속해있다.For flow uniformity, many studies have been conducted on existing electrostatic precipitators. There is a study on the effect on the velocity distribution on the nozzle side as the expansion angle varies for a given nozzle with an area ratio, and also studied the flow uniformity that varies depending on the shape and arrangement of the guide vane. The flow of these studies is in the turbulent region with Reynolds number of 10 4 or more based on the inner diameter of the tube.
아울러 출구 측 간격이 50 ㎛ 로 마이크로 슬릿 노즐의 여러 형상 요인 변경에 따른 유동 균일도에 대한 연구도 있었다. 이 연구의 유동은 레이놀즈 수 1 미만의 Creeping 유동에 해당된다.In addition, there was a study on the flow uniformity according to various shape factors of the micro slit nozzle with an exit side spacing of 50 μm. The flow in this study corresponds to a Creeping flow with Reynolds number less than 1.
반면에, 고점도의 폴리우레탄 원료 물질을 이용한 분사노즐에서의 유동과 같이 레이놀즈 수 1 내지 1000 사이의 유동을 균일하게 형성하기 위한 연구는 활발하게 이루어지지 않은 측면이 있다. On the other hand, there is an aspect in which studies for uniformly forming a flow between
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 실시예들의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 실시예들의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The above-mentioned background technology is technical information acquired by the inventor for derivation of embodiments of the present invention or acquired in the derivation process, and may be said to be a publicly known technology disclosed to the general public prior to filing of embodiments of the present invention. none.
본 발명의 실시예에 따른 분사노즐은, 유로 내부에서 폴리우레탄 폼 원료를 포함하는 혼합 유체의 유동이 균일하게 이루어지도록 하며, 혼합 유체의 혼합율을 상승시킴으로써, 경질의 폴리우레탄 폼을 제작할 수 있는 분사노즐을 제공하고자 한다.The injection nozzle according to the embodiment of the present invention allows the flow of the mixed fluid containing the polyurethane foam raw material to be uniformly made in the flow path, and increases the mixing rate of the mixed fluid, thereby making it possible to produce a rigid polyurethane foam. We want to provide a nozzle.
본 발명의 실시예에 따른 분사노즐은, 유입구에서 분사구로 제1방향을 따라 연장된 유로, 유로의 내부에 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 기둥형 저항체를 포함하는 분사노즐을 제공한다.The injection nozzle according to the embodiment of the present invention, a flow path extending in the first direction from the inlet to the injection port, a plurality of columnar resistors arranged spaced apart from each other along the second direction crossing the first direction in the interior of the flow path An injection nozzle is provided.
본 실시예에 있어서, 유입구의 수직단면 형상은 원형이고, 분사구의 수직단면은 제2방향으로의 폭이 수직방향으로의 높이보다 길게 형성되며, 분사구의 수직단면적은 유입구의 수직단면적보다 넓을 수 있다.In this embodiment, the vertical cross-sectional shape of the inlet is circular, the vertical cross-section of the injection port is formed to have a width in the second direction longer than the height in the vertical direction, and the vertical cross-sectional area of the injection port may be wider than the vertical cross-sectional area of the inlet. .
본 발명의 제1실시예예 있어서, 저항체는 원기둥 형상일 수 있다.In the first embodiment of the present invention, the resistor may have a cylindrical shape.
본 발명의 제1실시예예 있어서, 제2방향을 기준으로 측정되는 저항체의 두께 대비 서로 인접하게 배치된 저항체 사이의 간격의 비율은 0.4 이상 1.2 이하일 수 있다.In the first embodiment of the present invention, the ratio of the distance between the resistors disposed adjacent to each other compared to the thickness of the resistors measured based on the second direction may be 0.4 or more and 1.2 or less.
본 발명의 제2실시예에 있어서, 저항체는 장축이 제1방향을 따라 연장된 타원기둥 형상일 수 있다.In the second embodiment of the present invention, the resistor may have an elliptical column shape with a long axis extending along the first direction.
본 발명의 제2실시예에 있어서, 제2방향을 기준으로 측정되는 저항체의 두께 대비 서로 인접하게 배치된 저항체 사이의 간격의 비율은 0.4 이상 1 이하일 수 있다.In the second embodiment of the present invention, the ratio of the distance between the resistors disposed adjacent to each other relative to the thickness of the resistors measured based on the second direction may be 0.4 or more and 1 or less.
본 발명의 제2실시예에 있어서, 타원기둥의 장축의 길이 대비 단축의 길이 비율은 0.2 이상 0.5 이하일 수 있다.In the second embodiment of the present invention, the ratio of the length of the minor axis to the length of the major axis of the elliptical column may be 0.2 or more and 0.5 or less.
본 발명의 실시예에 있어서, 복수 개의 저항체는 제2방향을 따라서 일렬로 배치되어 있으며, 복수 개의 저항체 중심의 위치를 기준으로 측정되는 유로의 수직단면적 대비 복수 개의 저항체의 수직단면적 합의 비율은 7 : 3일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the plurality of resistors are arranged in a line along the second direction, and the ratio of the sum of the vertical cross-sectional areas of the plurality of resistors to the vertical cross-sectional area of the channels measured based on the location of the center of the plurality of resistors is 7: It can be 3.
본 발명의 실시예에 있어서, 유로 내에서 유동되는 유체는 레이놀즈 수 1 이상 1000 이하의 층류 유동을 형성할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fluid flowing in the flow path may form a laminar flow of
본 발명의 실시예에 있어서, 복수 개의 저항체는 유로의 내부에 분사구로부터 제1방향을 따라 소정 간격 이격된 위치에 위치하되, 유입구보다 분사구에 더 가깝게 위치할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the plurality of resistors are positioned at a predetermined distance along the first direction from the injection hole in the flow path, but may be located closer to the injection hole than the inlet.
본 발명의 실시예에 따른 분사노즐은, 유로 내의 레이놀즈 수 1 내지 1000 사이의 층류 유동의 영역내에서 고점도 혼합 유체의 유동이 균일하게 이루어지도록 하며, 혼합 유체의 혼합율을 상승시킬 수 있다.The injection nozzle according to the embodiment of the present invention allows the flow of the high-viscosity mixed fluid to be uniform in the region of the laminar flow between
도 1은 경질 우레탄 폼 보드 제작 공정을 보여주는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 분사노즐을 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 비교예, 제1실시예 및 제2실시예에 따른 분사노즐을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 분사노즐의 수치해석 실험에 대한 경계조건을 보여주는 평면도이다.
도 5는 제1수치해석 실험에 따른 분사구 측의 위치에서의 유체의 속도 분포를 보여주는 도면이다.
도 6은 제1수치해석 실험에 따른 분사구 측에서의 유체 유동 분포의 제곱 평균 제곱근 값(RMS)의 분석 결과를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 분사노즐의 수치해석 실험에 대한 유로의 양측 벽면 효과(end effect)에 대한 개념도이다.
도 8는 제1수치해석 실험에 따른 혼합 유체의 혼합 성능 증가율 및 압력차 증가율을 보여주는 도면이다.
도 9는 제1수치해석 실험에 따른 유로 내의 혼합 유체의 속도 분포를 보여주는 도면이다.
도 10은 제1수치해석 실험에 따른 유로 내의 혼합 유체의 와도(vorticity) 장의 분포를 보여주는 도면이다.
도 11은 제1수치해석 실험에 따른 분사노즐의 저항체 주변에서의 혼합 유체의 와도 장 분포를 확대해서 보여주는 도면이다.
도 12는 제2 수치해석 실험에 따른 분사구 측에서의 유체 유동 분포의 제곱 평균 제곱근(RMS) 분석 결과를 보여주는 도면이다.1 is a schematic view showing a process of manufacturing a rigid urethane foam board.
Figure 2 is a perspective view showing a spray nozzle according to a comparative example of the present invention.
Figure 3 is a view showing a spray nozzle according to the comparative example, the first embodiment and the second embodiment of the present invention.
4 is a plan view showing boundary conditions for a numerical analysis experiment of a spray nozzle according to the present invention.
5 is a view showing the velocity distribution of the fluid at the position of the injection port side according to the first numerical analysis experiment.
6 is a view showing the analysis result of the square root mean value (RMS) of the fluid flow distribution at the nozzle side according to the first numerical analysis experiment.
7 is a conceptual diagram for the end effect of both sides of a flow path for a numerical analysis experiment of a spray nozzle according to the present invention.
8 is a view showing the rate of increase in the mixing performance and the rate of pressure difference of the mixed fluid according to the first numerical analysis experiment.
9 is a view showing the velocity distribution of the mixed fluid in the flow path according to the first numerical analysis experiment.
10 is a view showing a distribution of a vorticity field of a mixed fluid in a flow path according to a first numerical analysis experiment.
11 is an enlarged view showing the vortex field distribution of the mixed fluid around the resistor of the injection nozzle according to the first numerical analysis experiment.
12 is a view showing a result of a square root mean square (RMS) analysis of the fluid flow distribution at the nozzle side according to the second numerical analysis experiment.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The present invention will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and the ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the invention is only defined by the scope of the claims. Meanwhile, the terms used in the present specification are for explaining the embodiments and are not intended to limit the present invention. In the present specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" refers to the components, steps, operations and/or elements mentioned above, the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. Or do not exclude additions. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are only used to distinguish one component from other components.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 분사노즐을 보여주는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 비교예, 제1실시예 및 제2실시예에 따른 분사노즐을 보여주는 도면이다.Figure 2 is a perspective view showing a spray nozzle according to a comparative example of the present invention. Figure 3 is a view showing a spray nozzle according to the comparative example, the first embodiment and the second embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 비교예(base case), 제1실시예 및 제2실시예에 따른 분사노즐(100,200,300)은 점도가 높은 유체를 넓은 면적에 분사할 수 있는 것이다. 본 발명의 비교예, 제1실시예 및 제2실시예에 따른 분사노즐(100,200,300)은 모두 유입구(110,210,310), 분사구(130,230,330) 및 유로(120,220,320)를 포함할 수 있으며, 각각의 구성요소의 형상 및 크기는 동일할 수 있다. 다만, 본 발명의 비교예에 따른 분사노즐(100)의 유로(120) 내에는 혼합 유체의 유동을 방해하는 저항체가 구비되지 않은 반면에, 제1실시예와 제2실시예에 따른 분사노즐(200,300)은 모두 유로(220,320) 내부에 배치되어 혼합 유체의 유동을 방해하는 저항체(240,340)가 구비될 수 있다. 본 발명의 제1실시예의 경우 저항체(240)는 원기둥형상을 가지고(도 3의 (c) 참조), 제2실시예의 경우 저항체(340)는 타원기둥형상을 가짐으로써 그 차이가 있을 수 있다(도 3의 (d) 참조). 이하에서는 본 발명의 비교예, 제1실시예 및 제2실시예에 따른 분사노즐(100,200,300)의 공통적인 특징에 대해서 먼저 설명하기로 한다(도 3의 (a) 및 (b) 참조).Referring to Figures 2 and 3, the comparative example (base case) of the present invention, the
유입구(110,210,310)는 분사노즐(100,200,300)의 내부로 유체가 유입되는 부분일 수 있다. 유입구(110,210,310)에는 고점도의 혼합 유체가 유입유로(미도시)를 통해서 유입될 수 있다. 고점도의 혼합 유체는 예를 들어 폴리우레탄 폼 원료일 수 있다. 고점도의 혼합 유체는 레이놀즈 수 1 이상 1000이하의 층류 유동을 형성할 수 있다. 후술할 수치해석 실험은 유체가 레이놀즈 수 1 이상 1000이하의 영역에서 층류 유동을 형성하는 것으로 가정하여 수행되었다.The
아울러, 가상의 수직평면(x-z평면)으로 자른 유입구(110,210,310)의 수직단면 형상은 원형일 수 있다. 분사구(130,230,330)는 분사노즐(100,200,300)로부터 유체가 분사되는 부분일 수 있다. 유로(120,220,320)는 유체가 유동되는 부분일 수 있다. 유로(120,220,320)는 유입구(110,210,310)에서 분사구(130,230,330)로 제1방향(y)을 따라 연장될 수 있다. 제1방향(y)은 유체가 유동되는 방향으로서, 도 2 상에서 y방향일 수 있다. 분사구(130,230,330)의 폭은 제1방향(y)과 교차하는 제2방향(x)을 기준으로 측정될 수 있다. 제2방향(x)은 도 2 상에서 x방향일 수 있다. 분사구(130,230,330)는 그 폭 이 수직방향(z)으로 측정되는 높이보다 길게 형성될 수 있다. 수직방향(z)은 도 2 상에서 z방향일 수 있다. 또한, 분사구(130,230,330)의 수직단면적은 유입구(110,210,310)의 수직단면적보다 넓을 수 있다. 또한, 제2방향(x)으로 연장된 유로(120,220,320)의 폭은 유입구(110,210,310)에서 분사구(130,230,330)로 갈수록 길어질 수 있다.In addition, the vertical cross-sectional shape of the
다음으로는, 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 분사노즐(200,300)이 포함하는 저항체(240,340)에 대하여 설명하기로 한다. 저항체(240,340)는 유로(220,320) 내에 배치되어 유체의 유동에 영향을 줄 수 있다. 저항체(240,340)는 복수 개로 구비되며, 유로(220,320)의 내부에 제2방향(x)을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 복수 개의 저항체(240,340)는 제2방향(x)을 따라서 일렬로 배치되며, 복수 개의 저항체(240,340) 중심의 위치를 기준으로 형성된 가상의 수직평면(x-z평면)으로 자른 유로(220,320)의 수직단면적 대비 복수 개의 저항체(240,340)의 수직단면적 합의 비율은 7:3일 수 있고, 이하에서는 이러한 비율을 용어 '차폐율'이라고 명명하여 설명하기로 한다. 복수 개의 저항체(240,340)는 유로(220,320)의 내부에 분사구(230,330)로부터 제1방향(y)을 따라 소정의 거리로 이격된 위치에 위치되되, 유입구(210,310)보다 분사구(230,330)에 더 가깝게 위치될 수 있다. 바람직하게, 유입구(210,310)에서 저항체(240,340) 중심까지의 거리(L3) 대비 분사구(230,330)에서 저항체(240,340) 중심까지의 거리 비율은 0.175이상 0.566이하일 수 있다. 더욱 바람직하게, 유입구(210,310)에서 저항체 중심까지의 거리(L3) 대비 분사구(230,330)에서 저항체(240,340) 중심까지의 거리 비율은 0.343일 수 있다. 이로써, 혼합 유체가 유로(220,320)의 표면적이 넓어지는 소정 구간에서 넓게 펴지도록 유동된 후에 저항체의 사이로 유동되므로, 복수 개의 저항체(220, 320) 사이로 균일하게 유동될 수 있어서 유동 균일도가 향상될 수 있다.Next, the
저항체(240,340)는 유로(220,320)의 상부와 하부를 연결하는 기둥형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 제1실시예에 따른 분사노즐(200)에서, 저항체(240)는 원기둥 형상일 수 있다. 구체적으로, 저항체(240)는 수직방향(z)으로 연장되어 유로(220)의 상·하부면을 연결하는 원기둥 형상일 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 분사노즐(300)에서, 저항체(340)는 장축이 제1방향(y)을 따라 평행하게 연장된 타원기둥 형상일 수 있다. 구체적으로, 저항체(340)는 수직방향(z)으로 연장되어 유로(320)의 상·하부면을 연결하는 타원기둥 형상일 수 있다.The
이하에서는 상술한 본 발명의 비교예, 제1실시예 및 제2실시예에 따른 분사노즐(100,200,300) 내에서의 혼합 유체의 유동 균일도 및 혼합율을 알아보기 위하여 실시된 제1수치해석 실험에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the first numerical analysis experiment performed to find out the flow uniformity and mixing rate of the mixed fluid in the
제1수치해석 실험에 사용된 본 발명의 비교예, 제1실시예 및 제2실시예에 따른 분사노즐(100,200,300)의 형상 및 크기는 도 3과 하단의 표 1을 참조하여 특정될 수 있다. [표 1]은 분사노즐(100,200,300)의 각 부분의 치수를 보여주는 표이다.The shapes and sizes of the
[표 1]에서, Lt는 분사노즐(100,200,300)에 연결되어 혼합 유체를 공급하는 유로부재(미도시)가 제1방향(y)으로 연장된 길이일 수 있다. Ln은 유로(120,220,320)가 제1방향(y)으로 연장된 길이일 수 있다. L1은 유로(120,220,320)의 형상이 원형에서 직사각형으로 변하는 영역의 길이일 수 있다. L2는 유로(120,220,320)의 형상이 직사각형인 영역의 길이일 수 있다. L3는 유입구(210,310)로부터 저항체(240,340) 중심까지의 거리일 수 있다. Di는 유입구(110,210,310)의 직경일 수 있다. h는 분사구(130,230,330)의 수직방향(z)으로의 높이일 수 있다. W1은 유로(120,220,320)의 형상이 직사각형으로 변형이 완료된 부분의 제2방향(x)으로의 폭 길이 일 수 있다. W2는 분사구(130,230,330)의 제2방향(x)으로의 폭 길이일 수 있다. θ는 유로(120,220,320)의 폭이 확장되는 각도일 수 있다.In Table 1, L t may be a length in which a flow path member (not shown) connected to the
[표 2]는 제1수치해석 실험을 위해 제1실시예 및 제2실시예에 있어 저항체(240,340)의 형상 및 간격(gap)을 달리 한 12가지 케이스에 대한 데이터를 보여주는 표이다. 본 수치해석 실험은 차폐율이 7:3으로 일정하게 유지된 상태에서 실시되었다. 또한, 비교예에 따른 분사노즐(100)에 대해서도 수치해석 실험이 실시되었다. 제1실시예에 따른 분사노즐(200)은 직경(Ø) 5mm의 원기둥형 저항체(240)가 유로(220)내에 설치된 것으로 하여 수치해석 실험이 실시되었다. 제2실시예에 따른 분사노즐(300)은 장축 길이 대비 단축 길이가 2:1이고 장축의 길이가 10mm이고 단축 길이가 5mm의 타원기둥형 저항체(340)가 유로(320)내에 설치된 것으로 하여 수치해석 실험이 실시되었다. 본 수치해석 실험에서는, 저항체(240,340)의 간격(gap)을 변수로 하여 [표 2]와 같이 12가지 케이스에 대한 유동 균일도와 혼합 성능에 대하여 분석하였다.[Table 2] is a table showing data for 12 cases with different shapes and gaps of the
도 4는 본 발명에 따른 분사노즐의 수치해석 실험에 대한 경계조건을 보여주는 평면도이다.4 is a plan view showing boundary conditions for a numerical analysis experiment of a spray nozzle according to the present invention.
본 실험예에 사용 된 경계조건은 도 4에 도시되어 있고, 경계조건에 사용된 값들은 하단의 [표 3]과 [표 4]에서 볼 수 있다. [표 3]은 폴리우레탄 재료인 A, B, C의 3가지 혼합 유체에 대한 질량비(mass ration), 비중(SG, specific gravity) 및 점도(Viscosity)를 보여주는 표이다. [표 4]는 본 실험예에 사용된 경계조건 값들을 보여주는 표이다. 본 실험예에 사용된 경계조건은 제작하고자 하는 폴리우레탄 폼 보드의 두께에 따라 결정되는 것으로서, 본 실험예에서는 115mm 두께의 폴리우레탄 폼 보드 제조를 위한 것으로 결정될 수 있다.The boundary conditions used in this experimental example are shown in FIG. 4, and values used for the boundary conditions can be seen in [Table 3] and [Table 4] below. [Table 3] is a table showing the mass ratio, specific gravity (SG) and viscosity (Viscosity) for the three mixed fluids of polyurethane materials A, B, and C. [Table 4] is a table showing the boundary condition values used in this experimental example. The boundary conditions used in this Experimental Example are determined according to the thickness of the polyurethane foam board to be manufactured, and in this Experimental Example, it can be determined to be for manufacturing a polyurethane foam board having a thickness of 115 mm.
[수학식 1] [Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
[수학식 1]을 이용하여 [표 3]에서의 폴리우레탄 재료인 A, B, C의 3가지 혼합 유체에 대한 혼합 질량비 가중평균을 계산할 수 있다. 여기서, 유체의 평균 비중은 wavg, i번째 혼합물의 질량비(mass ration)는 xi, 비중(SG, specific gravity)은 wi로 나타낼 수 있다. [수학식 1]을 이용하여 평균 밀도(ρavg)와 점성계수(μavg)를 구하고, [수학식 2]를 이용하여 레이놀즈 수(Red)를 계산 할 수 있다. -레이놀즈 수(Red)는 84로서 일반적인 파이프 유동의 실험적인 임계 레이놀즈 수(critical Reynolds number)인 2300보다 현저하게 작으므로 전 유동 영역에 대하여 층류(laminar flow)로 가정하고 수치해석을 수행할 수 있다.Using
[수학식 3][Equation 3]
[수학식 4][Equation 4]
제1수치해석 실험은 [수학식 3]을 지배방정식으로 하여, 3차원 Navier-Stokes 방정식에 비압축성 유동 가정을 부여하여 [수학식 4]와 같이 사용할 수 있다. 여기에서 V는 속도벡터, p는 압력, ρ는 밀도, μ는 점성 계수를 의미할 수 있다.In the first numerical analysis experiment, [Equation 3] can be used as [Equation 4] by giving the incompressible flow assumption to the 3D Navier-Stokes equation using [Equation 3] as the governing equation. Here, V may mean a velocity vector, p is a pressure, ρ is a density, and μ is a viscosity coefficient.
도 5는 제1수치해석 실험에 따른 분사구 측의 위치에서의 유체의 속도 분포를 보여주는 도면이다.5 is a view showing the velocity distribution of the fluid at the position of the injection port side according to the first numerical analysis experiment.
도 5를 참조하면, 제1실시예에 따른 분사노즐(200)의 경우 원기둥형 저항체(240)의 간격(gap)이 작아짐에 따라 분사구(230) 측 중앙 부분의 유동 속도가 점차적으로 저하되는 것을 볼 수 있다. 그러나, 제1케이스(case 1)의 경우는 중앙 부분보다 가장자리 부분의 유동 속도가 증가하면서 유동 균일도는 제2케이스(case 2)에 비하여 불균일해지는 것을 볼 수 있다(도 5의 (a) 참조). 제2실시예에 따른 분사노즐(300)의 경우 타원기둥형 저항체(340)의 간격(gap)이 작아짐에 따라 분사구(330) 측 중앙 부분의 유동 속도가 점차적으로 저하되는 것을 볼 수 있다. 그러나, 제7케이스(case 7)의 경우는 중앙 부분보다 가장자리 부분의 유동 속도가 증가하면서 유동 균일도는 제8케이스(case 8)에 비하여 불균일해지는 것을 볼 수 있다(도 5의 (b) 참조).Referring to FIG. 5, in the case of the
[수학식 5][Equation 5]
본 실험예에서는 유체의 유동 균일도를 나타내는 척도로서 상기 [수학식 5]에 의하여 계산되는 분사구(130,230,330) 측의 유체 유동 분포의 제곱 평균 제곱근 값(RMS,root-mean square)을 사용하였다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 유동 분포의 제곱 평균 제곱근 값(RMS,root-mean square)을 RMS 값이라고 명명하여 설명하기로 한다. 여기에서, uavg는 출구 측 유동 속도 데이터의 산술 평균(arithmetic mean)을 나타낼 수 있다.In this experimental example, the root mean square (RMS) of the fluid flow distribution at the
[수학식 6][Equation 6]
[수학식 6]에 의해 계산되는 urms는 제곱근 속도를 나타낼 수 있다. urms는 통계학적으로 속도 분포의 표준 편차(standard deviation)를 나타낼 수 있다. 결론적으로, RMS 값이 작아질수록 유동이 균일해짐을 의미할 수 있다.U rms calculated by [Equation 6] may represent the square root velocity. u rms can statistically represent the standard deviation of the velocity distribution. In conclusion, it may mean that the flow becomes uniform as the RMS value decreases.
도 6은 제1수치해석 실험에 따른 분사구 측에서의 유체 유동 분포의 제곱 평균 제곱근 값(RMS)의 분석 결과를 보여주는 도면이다. 도 7은 본 발명에 따른 분사노즐의 수치해석 실험에 대한 유로의 양측 벽면 효과(end effect)에 대한 개념도이다.6 is a view showing the analysis result of the square root mean value (RMS) of the fluid flow distribution at the nozzle side according to the first numerical analysis experiment. 7 is a conceptual diagram for the end effect of both sides of a flow path for a numerical analysis experiment of a spray nozzle according to the present invention.
도 6 및 7을 참조하면, RMS 값의 분석 결과 도 6의 막대그래프처럼 제1실시예 및 제2실시예에 대하여 각각 제1케이스(case 1)와 제7케이스(case 7)의 경우가 가장 낮은 RMS값을 나타내는 것을 볼 수 있다. 유로(120,220,320)는 유입구(110,210,310)로부터 분사구(130,230,330)를 향하여 진행되는 거리(L1=30mm)의 영역에서 원형에서 직사각형으로 변형이 이루어질 수 있다. 유로(120,220,320)의 변형이 완료된 부분부터 분사구(130,230,330)까지 연장된 거리(L2=64mm)의 영역에서는, 유로(120,220,320)의 높이(h=2mm)는 일정하며, 그 폭의 길이는 w2(=40mm)에서 w1(=100mm)로 증가할 수 있다. 이 때, 도 7의 빗금친 부분의 영역에서 유로(120,220,320)의 양측 벽면의 영향으로 인하여 경계층(Boundary layer)이 발달할 수 있다. 따라서, 도 5의 (a) 및 (b)에 표현된 유로(120,220,320)의 개방된 가장자리 부분 경계층(Boundary layer)의 영향을 받는 지역(Cut region)의 영향은 제외하고 유효 지역(Effective region)에 대한 데이터만을 분석하기로 한다.6 and 7, as a result of analyzing the RMS value, the first case (case 1) and the seventh case (case 7) are the most similar to the first and second embodiments, respectively, as in the bar graph of FIG. It can be seen that it shows a low RMS value. The
[수학식 7][Equation 7]
[수학식 8][Equation 8]
[수학식 9][Equation 9]
[수학식 10][Equation 10]
여기에서 Reθ는 유로(120,220,320)의 확장각을 고려한 레이놀즈 수, uθ는 확장각을 따라 유동하는 유체의 유동 속도, δθ는 유로(120,220,320) 내부에서 측정되는 경계층(Boundary layer)의 두께, δ0는 분사구(130,230,330) 측에서 측정되는 경계층(Boundary layer)의 두께를 나타낼 수 있다. [수학식 7] 내지 [수학식 10]으로 계산된 결과로서, δ0=20mm이고, 이 부분에 대응하는 데이터를 제외하고 유효 지역(Effective region)에 대응하는 데이터만을 산정하여 [수학식 7]을 적용하여 RMS 값을 평가하기로 한다. 그 결과는 도 6의 직선형 그래프로 나타나 있다. 이 경우 제2케이스(case 2)와 제8케이스(case 8)의 결과값이 각각의 실시예에서 가장 작은 RMS 값을 보여주고 있다.Here, Re θ is the Reynolds number considering the expansion angle of the
결과값을 분석해보면, 제1실시예의 경우에는 제1케이스(case 1) 내지 제5케이스(case 5)에서 비교예(Base) 대비 RMS 값이 줄어든 것을 볼 수 있다. 또한, 제2케이스(case 2)에서 가장 작은 RMS 값을 볼 수 있다. 이로써, 혼합 유체의 유동의 균일도를 향상시키기 위해서 제2방향(x)을 기준으로 측정되는 저항체(240)의 두께(t)와 대비하여 서로 인접하게 배치된 저항체(240) 사이의 간격(gap)의 비율은 0.4 이상 1.2 이하인 것이 바람직할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 저항체(240)의 두께(t)와 대비하여 서로 인접하게 배치된 저항체(240) 사이의 간격(gap)의 비율은 0.6일 수 있다.When analyzing the result value, in the first embodiment, it can be seen that the RMS value is reduced compared to the comparative example (Base) in the first case (case 1) to the fifth case (case 5). Also, the smallest RMS value can be seen in the second case (case 2). Accordingly, in order to improve the uniformity of the flow of the mixed fluid, the gap between the
제2실시예의 경우에는 제7케이스(case 7) 내지 제10케이스(case 10)에서 비교예(Base) 대비 RMS 값이 줄어든 것을 볼 수 있다. 또한, 제8케이스(case 8)에서 가장 작은 RMS 값을 볼 수 있다. 이로써, 혼합 유체의 유동의 균일도를 향상시키기 위해서 제2방향(x)을 기준으로 측정되는 저항체(340)의 두께(t) 대비 서로 인접하게 배치된 저항체(340) 사이의 간격(gap)의 비율은 0.4 이상 1 이하인 것이 바람직할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 저항체(340)의 두께(t) 대비 서로 인접하게 배치된 저항체(340) 사이의 간격(gap)의 비율은 0.6일 수 있다. In the case of the second embodiment, it can be seen that in the seventh case (case 7) to the tenth case (case 10), the RMS value is reduced compared to the comparative example (Base). Also, the smallest RMS value can be seen in the eighth case. Accordingly, in order to improve the uniformity of the flow of the mixed fluid, the ratio of the gaps between the
도 8는 제1수치해석 실험에 따른 혼합 유체의 혼합 성능 증가율 및 압력차 증가율을 보여주는 도면이다.8 is a view showing the rate of increase in the mixing performance and the rate of pressure difference of the mixed fluid according to the first numerical analysis experiment.
[수학식 11][Equation 11]
[수학식 12][Equation 12]
도 8을 참조하면, 상단의 [수학식 11] 및 [수학식 12]로 계산된 혼합 성능 증가율(Iζ, growth of mixing performance)과 압력차 증가율(Ip, growth of pressure drop)을 볼 수 있다. [수학식 11]에서 ζbase,max는 비교예의 와도(vorticity) 최댓값, ζcase,max는 제2케이스(case 2)와 제8케이스(case 8)에서 각각 와도의 최댓값을 의미할 수 있다. [수학식 12]에서 ζbase,△p는 비교예의 유입구(110)와 분사구(130)의 압력차 값, ζcase,△p는 제2케이스(case2)와 제8케이스(case8)에서 각각 유입구(210,310)와 분사구(230,330)의 압력차 값을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 8, growth rates of mixing performance (I ζ , growth of mixing performance) and pressure difference (I p , growth of pressure drop) calculated by [Equation 11] and [Equation 12] at the top can be seen. have. In [Equation 11], ζ base,max may mean the maximum value of vorticity of the comparative example, and ζ case,max may mean the maximum value of vorticity in the second case (case 2) and the eighth case (case 8). In [Equation 12], ζ base, △p is the pressure difference value between the
비교예와 대비하여 제1실시예의 혼합 성능 증가율(Iζ)은 제2케이스(case 2)에서 1.21이고, 제2실시예의 혼합 성능 증가율(Iζ)은 제8케이스(case 8)에서 3.41로서 증가하였고, 압력차 증가율(Ip)은 제1실시예의 제2케이스(case 2)에서 0.08이고, 제2실시예의 제8케이스(case 8)에서 0.11로서 혼합 성능 증가율(Iζ) 대비 매우 미세한 증가율을 가지는 것으로 볼 수 있다. 압력차가 증가하게 되면, 분사구(130) 부분에서의 하강된 압력을 보상하기 위하여, 유입구(110)로 유입되는 혼합 유체의 압력을 상승시켜야 할 수 있다. 그러나 본 실시예에 따른 분사노즐(200,300)은 압력차 증가율이 미세하므로 특별히 압력차를 보상하기 위하여 유입구(110)로 유입되는 혼합 유체의 압력을 상승시킬 필요는 없을 것이다.Compared to the comparative example, the mixing performance increase rate (I ζ ) of the first embodiment is 1.21 in the second case (case 2), and the mixing performance increase rate (I ζ ) of the second embodiment is 3.41 in the eight case (case 8). The increase in pressure difference (I p ) is 0.08 in the second case (case 2) of the first embodiment, and 0.11 in the eight case (case 8) of the second embodiment, which is very fine compared to the mixing performance increase rate (I ζ ). It can be regarded as having an increase rate. When the pressure difference is increased, it may be necessary to increase the pressure of the mixed fluid flowing into the
도 9는 제1수치해석 실험에 따른 유로 내의 혼합 유체의 속도 분포를 보여주는 도면이다. 도 10은 제1수치해석 실험에 따른 유로 내의 혼합 유체의 와도(vorticity) 장의 분포를 보여주는 도면이다. 9 is a view showing the velocity distribution of the mixed fluid in the flow path according to the first numerical analysis experiment. 10 is a view showing a distribution of a vorticity field of a mixed fluid in a flow path according to a first numerical analysis experiment.
도 9의 (b)와 (c)를 비교해보면, 제1실시예의 원기둥형 저항체(240) 사이 및 제2실시예의 타원기둥형 저항체(240,340) 사이에서 유동장이 가속되고 있음을 관찰할 수 있다. 제2실시예의 경우에, 제1방향(y)을 따라서 장축이 배치된 타원기둥형 저항체(240,340) 주변의 가속된 유동 영역이 제1방향(y)을 따라서 더 길게 퍼져 있음을 볼 수 있다. 제1실시예와 제2실시예의 경우에 양측의 속도에는 큰 차이가 없으나 혼합 성능 증가율(Iζ)은 도 8에서 볼 수 있듯이 제2실시예의 경우가 제1실시예의 경우보다 약 3배의 증가율을 가지는 것을 볼 수 있다.When comparing (b) and (c) of FIG. 9, it can be observed that the flow field is accelerated between the
도 10의 (b)와 (c)를 비교해보면 이와 같은 차이를 더 극적으로 볼 수 있다. 도 10의 (b)에서 제1실시예의 원기둥형 저항체(240) 주변에서 미시적인 유동박리(flow separation)가 발달하여 후류 쪽으로 약간의 와흘림(vortex shedding)이 관찰되는 반면, 도 10의 (c)에서는 제2실시예의 경계층(Boundary layer)에서 발생한 와류가 아직 타원기둥형 저항체(240,340)의 외측면에 붙어 있어서 박리가 지연되고 있는 것을 볼 수 있다. 이러한 차이가 원기둥형 저항체(240,340)보다 타원기둥형 저항체(240,340)의 후류에서 약간 더 안정하고 균일한 속도 분포를 보이게 하는 것으로 이해할 수 있다.When comparing (b) and (c) of FIG. 10, such a difference can be seen more dramatically. In (b) of FIG. 10, microscopic flow separation is developed around the
도 11은 제1수치해석 실험에 따른 분사노즐의 저항체 주변에서의 혼합 유체의 와도 장 분포를 확대해서 보여주는 도면이다.11 is an enlarged view showing the vorticity field distribution of the mixed fluid around the resistor of the injection nozzle according to the first numerical analysis experiment.
도 11을 참조하면, 상술한 원기둥형 저항체(240,340)와 타원기둥형 저항체(240,340) 주변의 혼합 유체 와류 분포에 대하여 보다 더 명확하게 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, the mixed fluid vortex distributions around the above-described
여기까지, 제1수치해석 실험을 통해서 분사노즐(100,200,300)의 유로(120,220,320) 내에 유동되는 유체의 유동에 대해서, 층류 영역 (레이놀즈 수 1이상 1000이하의 영역)에서 유체의 유동 균일도와 혼합 성능을 분석하였다. 분석 결과로서, 원기둥형 또는 타원기둥형의 저항체(240,340)를 제2방향(x)을 따라 나열 배치하고 그 간격(gap)을 조절하고, 유로(120,220,320)의 양측 벽면의 경계층(Boundary layer) 영향을 배제하였을 때 유동 균일도를 최적으로 하는 분사노즐(200,300)을 찾을 수 있었다. 그에 따르면, 제2실시예의 제8케이스(case 8)에 따른 2:1의 장축 대비 단축 비율을 가지는 타원기둥형 저항체(340)가 설치된 것으로써, 저항체(340)의 두께(t) 대비 저항체(340) 사이의 간격(gap) 비율은 0.6인 분사노즐(300)이 혼합 유체의 유동 균일도를 최대로 향상시키는 것을 알 수 있었다. 한편, 제1실시예의 제2케이스(case 2)에 따른 원기둥형 저항체(240)가 설치된 분사노즐(200)에 있어서도 저항체(240)의 두께(t) 대비 저항체(240) 사이의 간격(gap) 비율은 0.6인 분사노즐(200)에서의 혼합 유체의 유동 균일도가 가장 높은 것을 알 수 있었다. 또한 유동장의 최대 와도를 분석해본 결과로서, 제2실시예의 제8케이스(case 8)에 따른 분사노즐(300)이 약11%의 차압 증가에 불과하고 약 3.41배의 혼합 성능 증가를 보여 유동 균일도를 크게 향상시킨 것을 볼 수 있었다. 그 이유는 경계층(Boundary layer) 근방에 박리된 와류가 부착되어 있기 때문인 것으로 보인다.Up to this point, through the first numerical analysis experiment, the flow uniformity and mixing performance of the fluid in the laminar flow region (the Reynolds number of 1 or more and less than 1000) are measured for the flow of the fluid flowing in the
도 12는 제2수치해석 실험에 따른 분사구 측에서의 유체 유동 분포의 제곱 평균 제곱근 값(RMS)의 분석 결과를 보여주는 도면이다. 12 is a view showing the analysis result of the square root mean value (RMS) of the fluid flow distribution at the injection side according to the second numerical analysis experiment.
이하에서는 도 12를 참조하여 본 발명의 제2수치해석 실험에 따른 분석 결과를 설명하기로 한다.Hereinafter, an analysis result according to the second numerical analysis experiment of the present invention will be described with reference to FIG. 12.
제2수치해석 실험은 제2실시예에 따른 분사노즐(300)의 타원기둥형 저항체(340)의 두께(t) 대비 저항체(340) 사이의 간격(gap) 비율은 0.6으로 특정하고, 저항체(340)의 장축 대비 단축의 길이 비율을 변수로 하여 실시되었다. 아울러, 제2수치해석 실험은 비교예(Base)에 따른 분사노즐(100)에 대해서도 실시되었으며, 제1실시예(Circle model)에 따른 분사노즐(200)에 대해서도 원기둥형 저항체(240)의 두께(t) 대비 저항체(240) 사이의 간격 비율을 0.6으로 특정하여 실시되었다. 제2수치해석 실험에서 RMS 값은 제1수치해석 실험과 동일한 방식으로 계산되었다. 또한, 제2수치해석 실험에서는 유로(120,220,320)의 개방된 가장자리 부분 경계층(Boundary layer)의 영향을 받는 지역(Cut region)의 영향을 고려하여 수치해석을 실시하였다. 그 결과는 도 12의 직선형 그래프로 나타나 있다. 이 경우 비교예(Base)의 경우 가장 큰 RMS 값을 가지며, 제1실시예(Circle model)의 경우 RMS 값이 현저히 줄어들며, 타원기둥형 저항체(340)의 장축의 길이 대비 단축의 길이가 2:1인 모델(2:1 Ellipse model)에서의 RMS 값이 가장 작고, 장축 대비 단축의 길이 비율이 5:1까지 증가할수록 RMS 값이 커지는 것을 볼 수 있다. 따라서, 유로 내에 원기둥형 또는 타원기둥형 저항체(240,340)를 설치하는 것이 혼합 유체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있으며, 타원기둥형 저항체(340)의 경우에는 타원기둥의 장축의 길이 대비 단축의 길이 비율은 0.2 이상 0.5 이하인 것이 바람직할 수 있다. 더욱 바람직하게는 타원기둥의 장축의 길이 대비 단축의 길이 비율은 0.5일 수 있다.In the second numerical analysis experiment, the ratio of the gap between the
이하에서는 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 분사노즐(200,300)의 효과를 설명하기로 한다.Hereinafter, effects of the
본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 분사노즐(200,300)은 저항체(240,340)를 포함하고 있으므로, 유로(220,320) 내부의 층류 영역(레이놀즈 수 1이상 1000이하의 영역)에서 유동하는 혼합 유체의 유동 균일도를 향상시키고 혼합 성능을 증가시킬 수 있다.Since the
본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 분사노즐(200,300)의 복수 개의 저항체(240,340)는 제2방향(x)을 따라서 일렬로 배치되어 있으며, 복수 개의 저항체(240,340) 중심의 위치를 기준으로 측정되는 유로(220,320)의 수직단면적 대비 복수 개의 저항체(240,340)의 수직단면적 합의 비율은 7 : 3이므로, 혼합 유체가 저항체(240,340) 사이로 유동되고, 저항체(240,340)의 외측면에 와류가 형성되어 혼합 유체를 혼합하므로 유체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있다.The plurality of
본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 분사노즐(200,300)의 복수 개의 저항체(240,340)는 유로(220,320)의 내부에 분사구(230,330)로부터 제1방향(y)을 따라 소정 간격(gap) 이격된 위치에 위치하되, 유입구(210,310)보다 분사구(230,330)에 더 가깝게 위치하므로, 혼합 유체가 유로(220,320)를 따라서 유동되다가 저항체(240,340)들 사이로 유동되므로 저항체(240,340)의 외측면에 와류가 형성되어 혼합 유체를 혼합하므로 유체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있다.The plurality of
본 발명의 제1실시예에 따른 분사노즐(200,300)의 저항체(240,340)는 원기둥 형상이므로, 저항체(240,340) 외측면에 와류를 형성시켜서 혼합 유체를 혼합하므로 유체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있다.Since the
본 발명의 제1실시예에 따른 분사노즐(200,300)의 저항체(240,340)는 제2방향(x)을 기준으로 측정되는 저항체(240,340)의 두께(t) 대비 서로 인접하게 배치된 저항체(240,340) 사이의 간격(gap)의 비율이 0.4 이상 1.2 이하이므로, 저항체(240,340) 외측면에 와류를 형성시켜서 혼합 유체를 혼합하므로 유체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있다.The
본 발명의 제2실시예에 따른 분사노즐(200,300)의 저항체(240,340)는 장축이 제1방향(y)을 따라 연장된 타원기둥 형상이므로, 저항체(240,340) 외측면에 와류를 형성시켜서 혼합 유체를 혼합하므로 유체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있다.Since the
본 발명의 제2실시예에 따른 분사노즐(200,300)의 저항체(240,340)는 제2방향(x)을 기준으로 측정되는 저항체(240,340)의 두께(t) 대비 서로 인접하게 배치된 저항체(240,340) 사이의 간격(gap)의 비율이 0.4 이상 1이하이므로, 저항체(240,340) 외측면에 와류를 형성시켜서 혼합 유체를 혼합하므로 유체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있다.The
본 발명의 제2실시예에 따른 분사노즐(200,300)의 저항체(240,340)의 장축의 길이 대비 단축의 길이 비율이 0.2 이상 0.5 이하이므로, 저항체(240,340) 외측면에 와류를 형성시켜서 혼합 유체를 혼합하므로 유체의 유동 균일도를 향상시킬 수 있다.Since the ratio of the length of the short axis to the short axis of the long axis of the
100,200,300:분사노즐
110,210,310:유입구
120,220,320:유로
130,230,330:분사구
240,340:저항체100,200,300: Spray nozzle
110,210,310: Inlet
120,220,320: Euro
130,230,330: Nozzle
240,340: resistor
Claims (10)
상기 유로의 내부에 상기 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 기둥형 저항체;를 포함하되,
상기 유입구의 수직단면 형상은 원형이고, 상기 분사구의 수직단면은 상기 제2방향으로의 폭이 수직방향으로의 높이보다 길게 형성되는 직사각형상이며, 상기 분사구의 수직단면적은 상기 유입구의 수직단면적보다 넓게 형성되고,
상기 저항체는 장축이 제1방향을 따라 평행하게 연장된 타원기둥 형상으로 형성되되,
상기 타원기둥 형상의 저항체는, 상기 제2방향을 기준으로 측정되는 상기 타원기둥 형상의 저항체 두께 대비 서로 인접하게 배치된 상기 타원기둥 형상의 저항체 사이의 간격 비율은 0.4 이상 1 이하이고, 상기 타원기둥 형상의 저항체 장축 길이 대비 단축 길이 비율은 0.2 이상 0.5 이하이며,
상기 유로 내에서 유동되는 유체는 레이놀즈 수 1 이상 1000 이하의 층류 유동을 형성하는 것을 포함하는 분사노즐.
A flow path extending along the first direction from the inlet to the jet;
Includes; a plurality of columnar resistors spaced apart from each other along a second direction intersecting the first direction in the interior of the flow path;
The vertical cross-sectional shape of the inlet is circular, the vertical cross-section of the injection port is a rectangular shape in which the width in the second direction is formed longer than the height in the vertical direction, and the vertical cross-sectional area of the injection port is wider than the vertical cross-sectional area of the inlet. Is formed,
The resistor is formed in an elliptical column shape in which the long axis extends in parallel along the first direction,
The elliptic column-shaped resistor has a ratio of 0.4 to 1 or less between the elliptic column-shaped resistors arranged adjacent to each other compared to the thickness of the elliptic column-shaped resistor measured based on the second direction. The ratio of the short axis length to the long axis length of the resistor is 0.2 or more and 0.5 or less,
The fluid flowing in the flow path comprises a Reynolds number of 1 or more and less than 1000 to form a laminar flow injection nozzle.
상기 유로의 내부에 상기 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 기둥형 저항체;를 포함하되,
상기 유입구의 수직단면 형상은 원형이고, 상기 분사구의 수직단면은 상기 제2방향으로의 폭이 수직방향으로의 높이보다 길게 형성되는 직사각형상이며, 상기 분사구의 수직단면적은 상기 유입구의 수직단면적보다 넓게 형성되고,
상기 저항체는 원기둥 형상으로 형성되되,
상기 원기둥 형상의 저항체는, 상기 제2방향을 기준으로 측정되는 상기 원기둥 형상의 저항체 두께 대비 서로 인접하게 배치된 상기 원기둥 형상의 저항체 사이의 간격 비율은 0.4 이상 1.2 이하이고,
상기 유로 내에서 유동되는 유체는 레이놀즈 수 1 이상 1000 이하의 층류 유동을 형성하는 것을 포함하는 분사노즐.
A flow path extending along the first direction from the inlet to the jet;
Includes; a plurality of columnar resistors spaced apart from each other along a second direction intersecting the first direction in the interior of the flow path;
The vertical cross-sectional shape of the inlet is circular, the vertical cross-section of the injection port is a rectangular shape in which the width in the second direction is formed longer than the height in the vertical direction, and the vertical cross-sectional area of the injection port is wider than the vertical cross-sectional area of the inlet. Is formed,
The resistor is formed in a cylindrical shape,
The cylindrical resistor, the ratio of the spacing between the cylindrical resistors disposed adjacent to each other compared to the thickness of the cylindrical resistors measured based on the second direction is 0.4 or more and 1.2 or less,
The fluid flowing in the flow path comprises a Reynolds number of 1 or more and less than 1000 to form a laminar flow injection nozzle.
상기 복수 개의 저항체는 제2방향을 따라서 일렬로 배치되어 있으며,
상기 복수 개의 저항체 중심의 위치를 기준으로 측정되는 상기 유로의 수직단면적 대비 상기 복수 개의 저항체의 수직단면적 합의 비율은 7 : 3인 분사노즐.
The method of claim 1 or 4,
The plurality of resistors are arranged in a line along the second direction,
The ratio of the sum of the vertical cross-sectional areas of the plurality of resistors to the vertical cross-sectional area of the flow path measured based on the positions of the centers of the plurality of resistors is 7:3.
상기 복수 개의 저항체는 상기 유로의 내부에 상기 분사구로부터 상기 제1방향을 따라 소정 간격 이격된 위치에 위치하되, 상기 유입구보다 상기 분사구에 더 가깝게 위치하는 분사노즐.The method of claim 1 or 4,
The plurality of resistors are located in a position spaced apart a predetermined distance along the first direction from the injection hole in the interior of the flow passage, the injection nozzle located closer to the injection hole than the inlet.
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