CONTENTS Analysis of noise generation mechanism for two-phase flow of refrigerant in evaporator inlet pipe of refrigerator ················································ Jooyoung Lee, Sangheon Lee, Cheolung Cheong, Taehun Kim, and Junhyo Koo593 Research on the transmission loss measurement and application to analyze the detection effectiveness of line array sensor in deep-sea environments ·············································································· Hansoo Kim, Sungho Cho, Donhyug Kang, and Sunhyo Kim605 Preliminary study on the application of active noise control for reducing underwater radiated noise from naval vessel propellers ······················································································································ Dongwook Kim and Hanshin Seol615 Robust recursive total least squares algorithm ·················································································································· Jun-Seok Lim and Yong-Gook Pyeon624 Emotion recognition using spatio-temporal feature fusion of electroencephalography signal and the corresponding audio signal ·················································································································· Ju-Hwan Lee and Hyoung-Gook Kim630 Self-attentive residual temporal convolutional network-based indoor emergency awareness using contextual information from sound and human activity ·················································································································· Ju-Hwan Lee and Hyoung-Gook Kim637 A study on inversion method of rotating monopole source for estimating the location of propeller singing noise source ············································ Minseuk Park, Keunhwa Lee, Youngmin Choo, Myungsung Koo, and Jungmo Jung644 A study on the acoustic characteristics of alternative materials for the daegeum galdaecheong ···························································································································································· Eun-Ji Ko656 Improving lateral resolution in ultrasound imaging through structured illumination techniques ············································································································ Hyunsu Choi, Jaesok Yu, and Jihun Kim663 ■ Special Issue on Architectural and Environmental Acoustics Analysis of demographic factors influencing the perception of floor impact noise: A case study of Gwangju Metropolitan City ··················································································································································· Hye-kyung Shin671 Analysis of the noise reduction performance of indoor shoes and mats using a simulator (‘Aittemi’) for children running indoors ························································································ Min-Jeong Song, Hyeon-Ku Park, and Jong-Kwan Ryu678 Measurements of physiological responses to noise-induced stress: A scoping review ········································································ Jihyun Cheon, You Jeong Hong, Hye Jin Shin, and Eunju Jeong686 Comparative analysis of binaural microphone measurements and inter-rater reliability for soundscape research ··········································································· Wan-Ki Moon, Geon-Hee Kim, Jae-Yun Jeon, Joo-Young Hong701 A literature review and resident survey on floor impact sound insulation performance by structural systems in apartment buildings ······························································· Sang Hee Park, Hye-kyung Shin, Jin-hee Jeong, and Kyoung-woo Kim712 Floor structure for the reduction of floor impact noise of apartment with concrete slab less than 210 mm ···················································································· Seong-Shin Hong, Seung-Min Lee, and Chan-Hoon Haan724 ▪Society News and Information ······················································································································ i 본 사업은 기획재정부의 복권기금 및 과학기술정보통신부의 과학기술진흥 기금으로 추진되어 사회적 가치 실현과 국가 과학기술 발전에 기여합니다. THE ACOUSTICAL SOCIETY OF KOREA Vol.43, No.6November 2024I. 서 론 현대의 주거 공간은 단순한 휴식의 장소를 넘어, 취미 활동과 업무를 수행하는 다기능적인 공간의 의미를 가진다. 또한, 1인 가구의 증가와 함께 가전 제품의 판매량이 증가하고 있으며, 실외에 위치하 던 많은 가전제품이 실내에 배치되는 추세다. 이로 인해 가전제품에서 발생하는 소음은 구매자의 휴식 과 일상 활동을 방해하는 요소로 인식되며, 가전제 품의 주요한 구매지표로 급부상했다. 가전제품 중 에서도 냉장고는 24 h 가동된다는 특성으로 인해 저 소음에 대한 요구가 높으며, 이에 따라 개발사들은 냉장고의 소음 저감에 많은 노력을 기울이고 있다. 냉장고의 압축기의 성능은 지속적으로 개선되고 있 냉장고 증발기 입구 배관의 냉매 이상유동에 의한 소음 발생 메커니즘 분석 Analysis of noise generation mechanism for two-phase flow of refrigerant in evaporator inlet pipe of refrigerator 이주영, 1 이상헌, 1 정철웅, 1,2† 김태훈, 3 구준효 3 (Jooyoung Lee, 1 Sangheon Lee, 1 Cheolung Cheong, 1,2 † Taehun Kim 3 , and Junhyo Koo 3 ) 1 부산대학교 기계공학부, 2 부산대학교 첨단냉동공조에너지센터, 3 LG 전자 (Received September 4, 2024; revised September 13, 2024; accepted October 2, 2024) 초 록: 본 논문에서는 실제 작동 조건을 고려하여 냉장고 증발기 입구 배관에 대해 수치적으로 유동해석 및 소음해석을 진행하여 냉매음의 발생메커니즘을 분석했다. 냉장사이클의 팽창과정을 고려하여 4개의 작동조건을 선정 후 경계조건 으로 부여했다. 응축기 출구부터 증발기 입구까지 영역에 대해 R600a냉매의 온도 변화 및 상변화를 고려하여 이상유동 해석을 진행했다. 소음해석 결과 증발기 입구 근처 영역이 모세관 대비 높은 소음기여도를 가지는 것을 확인했다. 소음 해석 결과를 기포 순간 음압과 비교하여 냉매소음 개선을 위한 배관영역을 제시했다. 핵심용어: 이상유동, 냉매소음, 수치해석, 기체부피분율, 기포동역학 ABSTRACT: In this paper, numerical flow and acoustic analysis were conducted on the inlet piping of refrigerator evaporator, taking actual operating conditions to investigate the mechanism of refrigerant induced noise generation. Four operating conditions were selected as boundary conditions, considering the expansion process of the refrigeration cycle. Two-phase flow analysis was performed, considering temperature changes and phase transitions of the R600a refrigerant in the region from the condenser outlet to the evaporator inlet. Acoustic analysis results confirmed that the area near the evaporator inlet has a higher noise contribution compared to the capillary tube. By comparing the instantaneous sound pressure of bubbles and acoustic analysis result, pipe area for reducing refrigerant induced noise was proposed. Keywords: Two-phase flow, Refrigerant induced noise, Numerical analysis, Vapor volume fraction, Bubble dynamics model PACS numbers: 43.25.Yw, 43.28.Ra 한국음향학회지 제43권 제6호 pp. 593～604 (2024) The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.43, No.6 (2024) https://doi.org/10.7776/ASK.2024.43.6.593 pISSN : 1225-4428 eISSN : 2287-3775 †Corresponding author: Cheolung Cheong (ccheong@pusan.ac.kr) School of Mechanical Engineering, Pusan National University, Busandaehak-ro 63 beon-gil 2, Geumjeong-gu, Busan 46241, Republic of Korea (Tel: 82-51-510-2311, Fax: 82-51-514-7640) Copyrightⓒ2024 The Acoustical Society of Korea. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 593이주영, 이상헌, 정철웅, 김태훈, 구준효 한국음향학회지 제 43 권 제 6 호 (2024) 594 어 압축기의 소음은 감소하는 추세이며, 상대적으 로 전체 소음에서 냉매소음이 차지하는 비율이 커 지고 있다. 압력 및 온도 강하를 목적으로 증발기 입구에 널 리 설치되는 모세관 및 전자팽창밸브에서 발생하는 냉매소음은 액체 상태의 냉매가 기체 상태로 상변 화를 겪는 이상유동에 기인한다. 이러한 이상유동 으로 인해 큰 소음이 발생한다. [1,2] 일반적으로 소음 은 완전하게 제거하기 어렵기 때문에, 구조적 개선 을 통한 냉매소음 저감을 목표로 한 연구가 활발하 게 진행되고 있다. Umeda et al. [3] 는 전자팽창밸브의 입구가 수직으로 배치되었을 때 강한 소음이 발생하며, 밸브의 입구 를 수평으로 놓았을 때 냉매소음이 감소하는 것을 실험을 통해 확인했다. Hirakuni et al. [4] 는 팽창밸브의 입구와 출구에 다공성 금속을 설치하면 냉매소음이 감소하는 것을 보였다. 또한 Han et al. [5] 은 응축기 출 구 배관의 직경을 33 % 줄이고 다공성 금속을 설치 하면 냉매소음을 감소시킬 수 있다는 것을 실험을 통해 검증했다. 이러한 연구들은 에이컨 냉동 사이클에 사용되는 전자팽창밸브를 대상으로 실험을 진행했다. 에어컨 실내기 및 실외기 주위의 온도 변화가 작기 때문에 팽창밸브로 유입되는 유체의 온도 및 압력이 일정 하게 유지되며, 실험을 통하여 확인된 유동 현상이 실제 냉동 사이클에서도 재현이 된다. 하지만, 냉장 고의 경우 열교환기가 위치하는 냉장실 및 기계실 의 체적이 작기 때문에 냉매의 온도와 압력의 변동 이 크게 발생한다. 이로 인해 실험에서 확인된 유동 현상과 실제 냉장고에서 발생한 유동 현상이 다르 게 발생한다. 또한, 모세관은 전자팽창밸브에 비해 유로가 길기 때문에, 다양한 이상유동 구조가 발생 제 냉장고에서 발생하는 유동 현상을 예측하고 설 계 단계에서 냉매 소음의 발생 메커니즘을 파악할 필요가 있다. 이상유동 현상을 예측하기 위해서는 정밀한 수치해석 기법이 요구되며, 이를 목표로 한 연구 역시 다양하게 진행되고 있다. Alnaimat et al. [6] 는 수치해석을 통해 냉매의 질량유 속과 입구단의 증기 건도를 바꿔가며 모세관에서의 유동현상을 분석하는 연구를 수행했다. Alok와 Sahu [7] 는 수치해석을 통해 코일형 모세관을 통과하는 R134a 및 R600a 냉매의 유동특성을 관찰하고 질량유 량과 냉각부하 간의 비례관계를 도출했다. Zhang et al. [8] 는 모세관 출구 영역을 대상으로 수치해석을 수 행하였고, 모세관 출구에 대해 공기주입모듈을 설 치하면 압력 섭동을 억제하여 냉매소음을 줄일 수 있음을 보였다. 대부분의 연구는 상변화가 일어나 는 모세관에 대하여 입출구 온도와 압력을 제어하 기 위하여 단순화된 형상에 대하여 수치해석을 수 행하였다. 하지만, 앞서 설명한바와 같이 실제 냉장 고에선 형상이 변화함에 따라 실험과 다른 이상유 동 구조가 발생할 수 있으며, 실제 냉장사이클의 팽 창과정을 수치적으로 해석한 연구는 아직 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 냉장고 증발기 입 구 배관의 냉매 이상유동에 의한 냉매소음 발생 메 커니즘 규명을 진행하였으며, 이를 위해 냉장고 증 발기 입구 배관 전체를 대상으로 수치해석을 진행 했다. 유동 해석 단계에서 열역학적 냉장사이클을 고려하여 해석 영역 및 조건을 선정하고, 온도에 따 른 R600a 냉매의 동작을 고려하여 유동해석을 수행 했다. 이후 배관의 실제 결합 상태를 고려한 진동 및 소음해석을 진행했다. 이후, 기포순간음압을 계산 하여 냉장고 증발기 입구 배관의 냉매소음 개선을 위한 영역을 특정했다. II. 수치해석 기법 2.1 유동해석 기법 본 연구에서는 유동해석의 지배 방정식으로 비정 상 나비에 스톡스 방정식(Unsteady Reynolds- Averaged Navier-Stokes, URANS)을 선정했다. 또한, 증발기 입 구 배관에서의 이상유동을 수치적으로 모사하기 위 해 균질 다상유동 모델(Homogeneous multiphase model) 기반의 Volume of Fluid(VoF)모델을 적용했다. 균질 다상유동 모델은 여러 상의 물성치와 부피분율을 바탕으로 혼합물 상태의 Pseudo-material을 생성하 고, Pseudo-material의 물성치를 각각의 방정식에 대 입하여 해를 구한다. VoF모델은 각 유체의 부피분율 (Volume fraction)을 추적하여 두 개 이상의 비혼합성 유체를 모델링하며, 각 상의 경계면을 명확히 표현냉장고 증발기 입구 배관의 냉매 이상유동에 의한 소음 발생 메커니즘 분석 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.43, No.6 (2024) 595 할 수 있다는 장점이 있다. VoF모델에서 사용하는 부피분율 방정식, 연속방정식, 운동량 방정식 및 에 너지 방정식은 다음과 같다. ∇∙ → → .(1) ∇∙ .(2) ∇∙ ∇ ∇∙ ∇ ∇ .(3) ∇∙ ∇∙ ∇ ,(4) 여기서 .(5) .(6) .(7) .(8) 은 혼합물의 밀도, 은 액체상의 밀도, 은 기체 상의 밀도, 은 액체상의 부피분율, 은 기체상의 부피분율, 와 는 각각 질량 평균 에너지와 질량 평균 온도를 의미한다. 난류모델로는 Mentor [9] 에 의해 제안된 SST 모델을 채택했다. SST 모델은 혼합함수를 도 입하여 여러 유동상황에서 벽면 근처와 자유유동 영역의 유동을 정밀하게 예측한다고 알려져 있다. [9] SST 모델의 난류 점성계수, 난류운동에너지 및 소산율에 대한 식은 다음과 같다. max .(9) .(10) ,(11) 여기서 .(12) , 는 각각 난류운동에너지와 소산율이다. 는 혼합함수이며, 계수 , , , , 는 다음의 식을 통 해 계산된다. .(13) 본 연구에서는 각각의 계수에 대해 Mentor가 제시 한 값을 사용했다. 유동해석을 위해 상용프로그램인 Fluent 2023 R2 를 사용했다. 압력-속도 연성 기법으로는 SIMPLE 기 법을 선택했다. 이상 유동해석은 기체와 액체사이 의 질량 및 운동량의 교환이 발생하기 때문에, 안정 성 높은 수치해석 기법이 필요하다. 또한, 높은 속도 로 흐르는 냉매에 대해 수치해의 정밀도를 높이기 위해 밀도, 운동량, 에너지 및 난류운동에너지에 대 해 2차 풍상차분법(Second order upwind scheme)을 적 용했다. 목표 주파수가 1,000 Hz이지만 해석의 안정 성과 정밀도를 높이기 위하여 해석의 시간 간격을 0.0001(1/10,000 s)로 설정하였다. 2.2 질량 전달 모델 기포 생성으로 인한 액체상과 기체상 간의 질량 전달을 고려하기 위해 캐비테이션 모델 중 Schenrr 와 Sauer [10] 에 의해 제안된 Schenrr-Sauer모델을 적용 했다. 지배방정식은 다음과 같다.이주영, 이상헌, 정철웅, 김태훈, 구준효 한국음향학회지 제 43 권 제 6 호 (2024) 596 ∇∙ ,(14) 여기서 .(15) .(16) .(17) 과 는 각각 기화, 액화에 의한 단위 부피당 상 간 질량 전달율이며, 는 기포의 지름, 은 액체의 단위부피당 기포 수, 는 기체의 포화압력, 는 기 포의 압력을 의미한다. Schenrr-Sauer모델은 단순화된 Rayleigh-Plesset 방 정식을 기반으로 액체 내부 단일 기포의 성장을 가 정하고 있기에, 기화 및 액화 항은 기체압력과 포화 압력 차이의 제곱근에 비례하게 된다. III. 해석 모델 정의 3.1 해석 영역 정의 및 경계조건 Fig. 1은 P-h 선도 상에서 냉동사이클을 나타내었 다. Fig. 1의 냉동사이클에서 고압의 가로선은 응축 기에서의 응축과정이며, 저압의 가로선은 증발기에 서의 증발과정이다. 또한, 파란색 사각형으로 표시 한 영역은 모세관의 팽창 과정을 나타낸다. 마지막 으로 팽창 과정의 반대편의 수직선은 압축기의 압 축과정을 나타낸다. Fig. 1의 화살표로 확인할 수 있 듯이, 냉매는 압축기, 응축기, 모세관, 증발기를 거쳐 다시 압축기로 돌아간다. 본 논문의 해석 대상으로 서 팽창과정에 해당하며 이상 유동이 활발하게 발 생하는 모세관을 선정하였으며, 본 시스템에서 모 세관은 응축기 출구부터 시작하여 증발기 입구 배 관까지 연결되어 있다. 해석영역은 모세관 전체와 증발기 입구의 배관을 선정하였으며, Fig. 2에 나타 내었다. Fig. 2의 Eva. Inlet, Eva. pipe, Capi., Cond. outlet 은 각각 증발기 입구, 증발기 배관, 모세관 및 응축기 출구를 의미한다. 응축기와 모세관의 연결부를 입 구단으로 구성하였으며, 모세관을 지나 증발기로 유입되는 영역을 출구단으로 구성하였다. Fig. 3은 Fig. 2의 A영역의 실제사진을 나타내었으며, 냉장실 Fig. 1. (Color available online) Expansion process of refrigeration cycle in the simulation. Fig. 2. (Color available online) Schematic diagram of computational geometry. Fig. 3. (Color available online) Evaporator pipe of refrigerator.냉장고 증발기 입구 배관의 냉매 이상유동에 의한 소음 발생 메커니즘 분석 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.43, No.6 (2024) 597 로 배관이 들어오는 영역을 나타내었다. 해당 영역은 배관이 온도가 낮은 냉장실로 들어오는 영역으로서 냉매소음이 크게 발생하는 영역으로 알려져 있다. 실제 냉장고는 냉장실의 온도에 따라 압축기의 작 동속도가 제어된다. 이로인해 냉매의 온도와 압력 이 고정되지 않고 계속해서 변동하게 된다. 본 논문 에서는 이러한 냉장고의 작동 조건을 고려하여 4개 의 온도조건을 선정하였다. Table 1에 각 조건 별 부 여한 경계조건을 정리했으며, ( )는 °C에서의 포화압력을 의미한다. 입구단은 압력조건으로 설정하고 압력, 온도, 기 체부피분율 값을 부여했다. 명확한 경계조건 설정 을 위해 각 Case의 입구단은 포화액체로 가정했다. 출구단은 압력조건으로 설정하고 압력 값을 부여했 다. 포화액체와 포화기체 사이의 혼합물 상태에서 는 엔탈피 변화가 일어나면 기체부피분율이 변화하 지만, 상변화에 필요한 에너지인 잠열에 의하여 압 력과 온도는 일정하게 유지된다. 따라서, 출구단의 압력값은 증발기로 유입되는 냉매의 온도조건에서 의 포화 압력 값으로 선정했다. 3.2 유동해석 격자 구성 모세관과 증발기 배관의 직경이 다르기 때문에 영 역을 구분하고 배관 벽면에는 프리즘격자, 배관 내 부에는 사면체 격자를 생성했다. 프리즘 격자에 대 한 정보는 Table 2에 정리했다. 벽면에서의 경계층 유동을 정밀하게 예측하기 위하여 프리즘 격자를 구성했다. 프리즘 격자의 첫 번째 층 높이는 0.000986 mm로 설정하여 Y+는 1 이하를 유지하도록 구성하 였으며, 8개 층의 프리즘 격자를 구성했다. 성장률은 모세관에 대해서는 1.3, 증발기 배관에 대해서는 1.5 의 값을 적용했다. 체적 격자는 사면체 격자를 선정 하였으며, 격자의 크기는 유동을 정밀하게 해석할 수 있도록 음속을 고려하여 배관 직경의 1/20수준을 유지했다. 이를 위해 격자의 길이가 모세관에 대해 0.04 mm, 증발기 배관에 대해 0.1 mm를 초과하지 않 도록 구성했다. 모세관이 증발기 배관에 일부 삽입되는 형태로 배 관이 구성되어 있기 때문에, 해당 구조를 모사하기 위해 Fig. 4과 같이 배관의 두께를 고려하여 격자를 생성했다. 배관의 총 격자수는 약 7400만 개다. 작동유체는 R600a이며, 냉매의 온도에 따른 특성 을 적절히 반영하기 위해 미국 국립 표준 기술연구소 (National Institute of Standards and Technology, NIST) [11] 에서 제공하는 냉매의 물성치를 온도에 대해 보간 하여 적용했다. 기체의 밀도는 이상기체로 가정했 다. 보간한 기법과 물성치는 Table 3에 정리했다. Table 1. Boundary condition of each case. Case1Case2Case3Case4 Inlet Temp. [°C] +8 +8 Pressure [Pa] ( ) ( ) ( +8) ( +8) Vapor volume fraction 0 Outlet Pressure [Pa] ( ) ( +8) ( ) ( +8) Table 2. Prism mesh information. PropertyCapillary tudeEvaporator inlet pipe Pipe diameter0.85 mm2.2 mm First layer height0.000986 mm0.003 mm Mesh size (Growth rate) 0.1 mm (1.3) 0.25 mm (1.5) Number of layers8 Total prism thickness 0.024 mm0.148 mm Target Y+< 1 Fig. 4. (Color available online) Capillary tube inserted to evaporator inlet pipe. 이주영, 이상헌, 정철웅, 김태훈, 구준효 한국음향학회지 제 43 권 제 6 호 (2024) 598 3.3 진동 및 소음해석 격자 구성 진동 및 소음해석을 위해 상용프로그램인 Simcenter 3D을 사용했으며, 구조 및 소음해석 지배방정식은 다음과 같다. ,(18) 여기서 .(19) .(20) .(21) [M]은 질량 행렬, [B]는 감쇠 행렬, [K]는 강성 행렬을 의미한다. Eq. (19)와 Eq. (21)의 A값은 음향 및 소음 격자의 연성 벡터를 의미하며 [A]행렬은 다음과 같 이 정의된다. .(22) Eq. (22)의 N은 형상 벡터를 의미하며, 아래 첨자 s와 f는 각각 구조 및 음향 격자 영역을 나타낸다. 소음이 방사되는 영역의 매질이 공기이며, 공기와 배관의 밀도가 약 7,400배 차이나기 때문에 공기의 진동이 배관의 진동에 미치는 영향을 무시할 수 있다고 판 단하여 단방향 연성기법을 적용했다. 배관 진동해석을 위한 구조 격자는 실제 배관의 형상을 고려하여 구성했다. 유동해석 격자를 기반 으로 1 mm 크기로 2D Shell 격자를 생성했으며, 0.5 mm 두께를 부여했다. 배관에는 구리(C10100)의 물 성치를 적용했다. 진동해석의 구속조건을 부여한 영역은 Fig. 5과 같 다. Fig. 5의 영역 A와 영역 B에 구속조건을 부여했다. 영역 A는 증발기와 연결되는 부분이며, 고정 구속조 건을 부여했다. 영역 B는 모세관이 직경이 10배 큰 배 관과 결합된 영역으로, 실제 배관의 결합 상태를 고려 하여 영역 B 전체에 고정구속조건을 부여했다. 이때, 배관의 절반에 대해서만 구속조건을 부여하여 Fig. 6 과 같이 –Z방향에 대해서 고정된 것을 모사했다. 진동해석의 가진력으로 유동해석을 통해 계산된 Table 3. R600a property interpolation technique. CaseR600a LiquidR600a Vapor Density 4 th order-polynomial Ideal gas (Specific heat) 2 nd order-polynomial Thermal conductivity 2 nd order-polynomial Viscosity2 nd order-polynomial Surface tension2 nd order-polynomial Fig. 5. (Color available online) Schematic diagram of constraint condition. Fig. 6. (Color available online) Constraint applying point of B.냉장고 증발기 입구 배관의 냉매 이상유동에 의한 소음 발생 메커니즘 분석 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.43, No.6 (2024) 599 벽면의 압력신호를 적용했다. 유동해석 격자와 진 동해석격자 사이의 압력 데이터 전달을 위해 역거 리가중법을 이용하여 보간했다. 샘플링 주파수와 해석의 효율성을 고려하여 500개의 압력 데이터를 추출하였으며, 푸리에 변환을 통하여 노드 별로 20 Hz의 주파수 분해능을 가지는 압력 스펙트럼으로 변환했다. 소음해석을 위해 배관 외부 영역에 사면체 격자를 생성하고 공기 물성치를 부여했다. 격자의 크기는 음속을 고려하여 한 파장에 10개의 격자가 구성될 수 있도록 최대 격자크기를 15 mm로 설정하였으며, Fig. 7에 나타냈다. 음파가 격자표면에서 반사되는 비물리적인 현상 을 피하기 위해 소음해석 격자의 표면에 Automatically Matched Layer(AML) 경계조건을 적용하였다. AML 경계조건은 음파를 흡수하는 가상의 감쇠층을 만들 어 음파가 반사되지 않도록 조머펠트(Sommerfeld) 경계조건을 계산한다. 조머펠트 방정식은 다음과 같이 정의된다. lim →∞ .(23) 구조 및 음향 해석은 20 Hz부터 1,000 Hz까지 20 Hz 간격으로 진행했다. IV. 해석결과 및 분석 Table 1에서 정의한 경계조건에 대해 유동해석을 수행하였다. 4개의 조건에서 모세관 출구의 유동장 을 확인하였을 때, 유사한 유동구조를 가지고 있었 으며 그 중 Case3의 유동장을 Fig. 8에 나타내었다. 유 동해석의 유효성을 검증하기 위해 출구의 기체부피 분율을 이론값과 비교했다. 실제 사이클에서 기체 부피분율을 측정하는 것은 어렵기 때문에, 이상적 인 상황을 가정하여 입출구 온도 및 압력을 바탕으 로 건도를 계산했다. 이후 건도와 기체부피분율의 상관식을 이용하여 실제 배관에서의 기체부피분율 을 추정하였으며, 다음의 방정식을 활용했다. [12] .(24) Table 4에는 실제 조건에서의 수치해석 결과를 통 해 계산된 기체부피분율 값과 이론값을 비교하여 나타내었다. 등엔탈피 과정으로 가정하여 이론값과 비교했을 때 최대 6.9 %의 오차가 발생했다. Lee와 Su [13] 의 실험에 따르면, R600a냉매의 팽창과정은 등 엔탈피 과정으로 근사할 수 있기에 수치해석이 냉 매의 이상 유동 현상을 재현하고 있다고 판단된다. Table 4의 오차에서 음의 값은 수치해석이 과대 예측 을 하고 있다는 의미를 나타낸다. 실제 모세관 출구에서는 압력 변화가 매우 크고, 면적이 넓어짐에도 유체의 관성력에 의해 높은 속 도가 유지된다고 알려져 있다. 이에 유동해석 결과 가 급격한 압력구배와 높은 속도를 보이는지 파악 Fig. 7. (Color available online) Tetrahedral mesh for acoustic analysis and internal acoustic mesh. Fig. 8. (Color available online) Mixture velocity contour (case3, left) and vapor volume fraction contour (case3, right).Next >