일반기술

홀로그래피를 이용한 분무입자의 직경 및 속도의 측정

운동상태 입자의 크기 및 속도를 측정하기 위한 광학적 측정 시스템은, LDV, PDPA 등의 점계측 측정장비를 비롯한, 2차원 유동장의 속도 분포 및 유동 패턴에 대한 해석이 가능한 PIV의 개발까지 날로 발전되어 가고 있다. 최근에는, PIV 시스템의 2차원적인 제한성을 해결할 수 있는 방법으로써, HPIV(Holographic Particle Image Velocimetry) 시스템의 잠재적 가능성에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. HPIV 시스템은 두 펄스에 의한 입자 이미지를 3차원적으로 기록, 입자의 3차원 속도 성분까지 측정함으로써, 유동장의 3차원적인 해석이 가능한 시스템이다. 이외에도, 해석 대상 유동장을 등배로 기록하더라도, 기록 후 어느 때라도, 다양한 광학적 확대 도구를 이용, 이미지를 해석할 수 있는 장점도 있다. 본 연구에서는 입자의 크기 및 속도 측정을 위한, 새로운 이 기준광 이중 펄스 홀로그래피 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 기준광이 한 방향인 기존의 홀로그래피 시스템과는 다르게, 빛의 편광 성질을 이용하여 두 방향의 기준광을 이용함으로써, 첫 번째 펄스에 의한 입자 이미지와 두 번째 펄스에 의한 입자 이미지를 분리할 수 있는 특징을 가지고 있다. 따라서, 각 펄스에 대한 이미지를 완전히 분리시킴으로써, 중첩에 의한 복잡성, 속도 방향 판별의 어려움 등을 해소시킨 시스템이라고 볼 수 있다. 개발된 홀로그래피 시스템의 효용성 검증을 목적으로, 충돌하는 두 액주(liquid jet)에 의하여 형성되는 분무(spray) 중, 액적(droplet)의 크기 및 속도를 측정하였다. 이러한 형식의 미립화 노즐은 로켓 엔진에서 많이 사용되고 있는 충돌 제트 인젝터(impinging-jet injecter)로써, 고속의 두 액주가 서로 충돌하면서, 그 충돌의 힘에 의하여 액체를 미립화시키는 노즐이다. 충돌 젯트에 의하여 형성되는 분무는, 파동적인 특징을 뚜렷하게 보였으며, 분사 각도가 클수록, 액주 속도가 빠를수록, 오리피스 직경이 작을수록, 크기는 작고, 빠른 액적이 생성되었다.