수치모델과 고속 CCD 카메라를 이용한 세변기 표면 처리 효과 특성 해석
Surface treatment effect on the toilet by numerical modeling and high speed CCD camera
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초록
배변 후 toilet flushing 시 다량의 세균을 포함한 물방울들이 화장실 곳곳으로 퍼지는 현상을 방지하기 위해 변기 뚜껑에 자기 세정 효과를 갖는 초발수 표면을 위해 플라즈마를 이용한 표면 처리가 시도되고 있으며, 이 연구의 일환으로 flushing시의 변기내의 유동 분석을 초고속 카메라와 수치 모델을 이용하여 수행하였다. Toilet flushing 시 물 튀김 현상 1,000 frame/sec의 속도를 갖는 CCD camera를 이용하여 오염 가능성을 촬영 분석하였다, 두 번째로 소변 시의 변기 표면에서의 튀김 현상을 정량적으로 분석하기 위하여 소변의 발사각도 및 속도를 가장 실제와 유사한 조건으로 설정하고 이를 상용 전산 유체 역학 소프트웨어인 CFD- ACE+의 자유 표면 계산 기능과 두 가지 유체(액체 및 기체)의 혼합 계산 모델을 사용하여 계산하였다. 그 결과 변기 표면의 표면 장력이 아주 작은 경우(작은 접촉각, 친수성)에는 중력의 영향을 고려하였음에도 불구하고 소변이 변기에 충돌 후 상부로 상당부분 튀어 올라가는 결과를 얻었다. 여러 가지 각도와 발사 속도, 실제의 인체와 유사한 발사 부위의 형상 변화로 인한 유체 표면의 난류 발생과 이에 따른 변기 표면 충돌 현상 변화 등을 수치적으로 고찰하였다.
Abstract
Numerical analysis is done to investigate the effect of surface treatment of a toilet on the cleanness. The surface treatment using plasma for the super-hydrophobic surface expects the self-cleaning effect of the toilet seat cover for preventing the droplets with a great quantity of bacteria during the toilet flushing after evacuation. In this study, the fluid analysis in the toilet during the flushing was performed by an ultrahigh-speed CCD camera with 1,000 frame/sec and the numerical modeling. And the spattering phenomenon from the toilet surface during urine was analyzed quantitatively by CFD-ACE+ with a free surface model and a mixed model of two fluids. If the surface tension of the toilet surface is weak, many urine droplets after collision bounded in spite of considering the gravity. The turbulence generated by the change of angle and velocity of urine and the variation of the collision phenomenon from toilet surface were modeled numerically.
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