| 요약 |
Water jet cutting 시스템은 펌프를 이용하여 형성한 높은 압력의 유체를 노즐을 통하여 분사하므로서 밀집도가 높은 제트 유동을 가공물에 분사하여 높은 정밀도의 가공작업을 수행하는 기구이다. 시스템에서 요구하는 절삭력을 확보하기 위해서는 펌프를 통한 구동력을 확보하는 방안과 함께 노즐의 형상, 제트유동의 특성 및 노즐과 가공물과의 거리 등의 영향을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 시스템의 구현을 위하여 기존 기술의 동향을 파악하고 주요 지배 인자와 이의 영향을 조사한 후에 펌프압력과 시스템의 압력분포 상관관계를 해석하여 노즐에서의 유속요건에 미치는 영향을 분석하였다.기존의 연구결과들에 의하면 water jet cutting 기술의 상용화는 미국을 중심으로 이루어져 있으며 현재의 구체적 기술 수준으로는 약 35∼410MPa로 압축된 물을 음속의 약 2.5배 정도의 속도로 분사하여 강철에서 유리 등에 이르기까지 다양한 재질의 물질을 가공하고 있는 것으로 보고되고 있다. 아울러 가공속도는 재질에 따라 25.4m/min에서부터 정밀가공 시에는 1m/min까지 다양하며 가공물의 크기는 20m 이상까지 수용할 수 있고 가공정도는 0.08∼0.18mm까지 달성이 가능한 수준이다. 또한 물에 연마제를 첨가할 경우에는 가공속도를 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있어 이에 대한 연구와 개발이 진행되고 있다.시스템을 여러 배관 요소로 구성하고 배관계에서 발생하는 마찰 및 형상 손실을 유동의 질량보존식과 운동량보존식을 이용하여 구성한 특성곡선방법을 도입하여 해석하였다. 해석 결과 배관 구성요소의 영향을 포함하여 시간에 따라 변화하는 압력 강하량을 평가할 수 있었으며 이를 이용하여 노즐에서 요구하는 압력 혹은 유속을 구현하기 위한 다양한 배관계의 기본 구성을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 아울러 밸브의 개폐 등 운전 조건에 따라 형성되는 과도 압력변화를 유동의 과도해석을 통하여 분석함으로서 전체 시스템의 구조적 건전성을 유지할 수 있도록 설계의 기준 압력을 제시할 수 있는 방안을 제공하였다. 연구를 통하여 설정된 해석 도구는 시스템의 설계변경에 따른 영향을 용이하게 분석할 수 있는 방법으로 활용될 수 있을 것이다.Water jet cutting, Jet flow, Nozzle, Transient flow
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