저온 분사공정 노즐에서의 유동장 및 입자거동에 대한 수치해석

초록

기존의 thermal spray 공정은 분말 용사시 열과 운동에너지를 사용하기 때문에 모재에 열변형을 초래하는 단점이 있다. 따라서 이를 대체할 수 있는 기술로서 저온 분사 코팅 기술이 새로운 용사기술로서 각광을 받고 있다. 저온 분사 코팅기술은 낮은 온도에서 음속이상의 고속의 가스 흐름에 의한 운동에너지만을 사용하여 분말입자를 코팅하는 기술로서 모재나 코팅층의 열적 변형이 적기 때문에 그 적용범위가 크게 확대될 것으로 예상된다. 본 연구에서는 저온 분사 공정시 기체 수송 코팅입자의 속도 및 온도를 조절하는 코팅 기술의 개발을 위해 컴퓨터 수치해석을 하였다. Al 입자의 코팅에 적절한 가스의 온도 및 압력을 구하기 위해 초기 온도와 압력값을 변화시켜 등엔트로피 상태에서, 유동장을 구하고 코팅에 적절한 Al 입자의 온도 및 속도분포를 구하고자 하였다. 노즐 입구에서의 가스의 압력(2, 2.5, 3MPa)과 온도(400, 500, 600, 700K), Al입자 반경(1～50㎛)의 변화에 따른 Al 입자의 속도 및 온도 분포를 수치해석하였다. 온도는 600K로 고정한 상태에서 압력이 2, 2.5, 3MPa 로 증가함에 따라 각각 567, 594, 616m/s를 나타내었고, 압력을 2.5MPa로 고정시키고 온도가 400, 500, 600, 700K로 증가함에 따라 533, 567, 594, 617m/s로 Al 입자의 속도가 증가함을 알 수 있었다.