본문내용
1. 변수에 따른 엔진 출력
1.1. 설계 과제 개요
설계 과제 개요는 엔진의 출력을 계산하고 변수들에 따른 출력의 그래프 비교를 목적으로 한다. 압축비 10을 기준으로 낮은 압축비부터 시작하여 10에 가까워질수록 그래프의 개형 변화와 압축비가 10인 상태에서 열공급량을 낮추었을 때 그래프의 개형 변화를 비교하는 것이 설계의 방향이다. 이를 통해 엔진의 출력 특성을 파악하고 변수들에 따른 출력 변화를 살펴볼 수 있다.
1.2. 설계 설명
1.2.1. 가정 설정
엔진은 최초에 상온에서 가동하므로, 초기 압력과 온도는 0.1MPa, 300K로 설정한다. 압축비는 조사한 바에 따르면, 고가 자동차의 경우 보통 10이상이 많았다. 따라서, 10으로 설정한다. 대기압은 1기압(0.1MPa)이라고 가정한다. 열공급량이 2000kJ/kg이라 가정한다.
1.2.2. 압축비 변화에 따른 출력 계산
압축비 변화에 따른 출력 계산은 다음과 같다.
엔진의 압축비를 낮은 수준부터 점차 높여가면서 출력 변화를 살펴보았다. 먼저 압축비 10을 기준으로 하여 계산하였는데, 이때 단열압축 과정에서 압력은 2.51 MPa, 온도는 753.6 K까지 상승하였다. 이후 정적열공급 과정을 거치면서 온도가 3545 K까지 증가하였고, 압력은 11.81 MPa로 높아졌다. 단열팽창 과정에서는 압력이 0.47 MPa, 온도가 1411.3 K까지 낮아졌다. 이때 순일량은 1203.8 kJ/kg, 열효율은 60.2%로 계산되었다.
다음으로 압축비를 낮추어 변화를 살펴보았다. 압축비가 4.2일 때, 단열압축 과정에서 압력은 0.75 MPa, 온도는 532.6 K까지 상승하였다. 정적열공급 과정에서 온도가 3323.9 K, 압력은 4.68 MPa까지 올라갔고, 단열팽창 과정에서 압력은 0.628 MPa, 온도는 1872.2 K까지 낮아졌다. 이때 순일량은 873.5 kJ/kg, 열효율은 43.7%로 나타났다.
압축비를 5로 높인 경우에는 단열압축 과정에서 압력이 0.95 MPa, 온도가 571.1 K까지 증가하였다. 정적열공급 과정에서 온도가 3362.4 K, 압력이 5.59 MPa까지 올라갔고, 단열팽창 과정에서 압력은 0.59 MPa, 온도는 1766.3 K까지 낮아졌다. 이때 순일량은 949.4 kJ/kg, 열효율은 54%로 계산되었다.
압축비를 7로 더 높이면 단열압축 과정에서 압력이 1.52 MPa, 온도가 653.4 K까지 증가하였다. 정적열공급 과정에서 온도가 3444.7 K, 압력이 8.01 MPa까지 올라갔고, 단열팽창 과정에서 압력은 0.53 MPa, 온도는 1581.7 K까지 낮아졌다. 이때 순일량은 1081.66 kJ/kg, 열효율은 43%로 나타났다.
마지막으로 압축비를 3으로 낮추어 계산해보면, 단열압축 과정에서 압력은 0.47 MPa, 온도는 465.6 K까지 증가하였다. 정적열공급 과정에서 온도가 3256.9 K, 압력이 8.01 MPa까지 올라갔고, 단열팽창 과정에서 압력은 0.71 MPa, 온도는 2098.7 K까지 낮아졌다. 이때 순일량은 711.8 kJ/kg, 열효율은 35.6%로 계산되었다.
이와 같이 압축비가 증가할수록 출력과 열효율이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 압축비 10을 기준으로 할 때 60.2%의 효율을 보였으나, 압축비를 7까지 높이면 효율이 43%까지 개선되었다. 반면 압축비가 3으로 낮아지면 효율이 35.6%로 크게 감소하였다. 따라서 엔진 출력 및 효율 향상을 위해서는 적정 수준의 압축비 관리가 중요하다고 볼 수 있다.
1.2.3. 압축비 변화에 따른 선도 변화
압축비 변화에 따른 선도 변화는 다음과 ...
