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초절수 양변기 세척성능 인증실험 대체를 위한 CFD해석 기술개발

최종 수정일: 2023년 8월 9일


대변기의 세척성능 인증을 위한 시험항목에서 사용되는 대응 오물은 플라스틱 구형입자 와 원주형 디스크를 변기 내 각각 집어넣고, 물을 내려 변기에 남아있는 불과 입자의 수를 파악하고, 오수관을 통과하여 배출된 볼의 수 등을 확인하는 것 입니다.

이때 사용된 세척수의 양은 6리터 이하를 사용해야 하며, 이 실험을 통해 대변용 변기의 세척성능을 만족하는 제품에 한하여 "친환경" 환경부 표식을 부착할 수 있도록 변경되었습니다.


더우기, 개정된 환경부 고시에 따라 대변기에 사용하는 세척수 량에 따라 4리터, 5리터, 6리터의 세척수 사용량에 대해 1등급, 2등급, 3등급의 대변기 성능 표시제를 실시하고 있습니다.


당사는 4리터 급의 세척수를 사용하는 초절수 대변기 개발을 위해 CFD 시뮬레이션 기법을 활용하여 기존 설계 데이터의 문제점을 파악하고, 이를 개선할 수 있는 설계 기술을 확보하였습니다.

1.1 대용 오물

1) 볼(Ball):지름 19mm, 밀도 0.91g/cm3인 폴리프로필렌 재질의 구형 입자

2) 입자(Granules):지름 4.2mm, 두께 2.0mm, 밀도 0.95g/cm3인 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 재질의 원주형 디스크

1.2 대변용 세척성능 시험

1) 볼배출 및 이송성능 시험: 볼 100개를 넣고, 수세 후에 변기 내에 남아 있는 볼의 수 및 오수관을 완전히 통과하여 배출된 볼의 수

2) 입자 배출 시험: 입자 65g(약 2,500개)을 한번에 넣고, 수세 후에 변기 내에 남아 있는 볼의 수

2. 환경표지 인증기준 대변기(toilet bowl, EL223:2021)

2.1 물 사용량: 사용수량은 6.0 L 이하이어야 한다.

2.2 대변용 세척성능 기준


a : 오수관 밖으로 완전히 배출된 수를 말한다.

b : 볼 배출의 경우 3회 중 2회에서 모두 배출되면 잔류가 없는 것으로 본다.


환경부 고시 변경된 대변기 세척성능 시험방법 도식도



​당사는 Simcenter STAR-CCM+ 을사용하여 변기내 각각의 대용오물을 투입한 후 CFD 해석을 수행하였고, 이때 DEM 모율을 함께 사용하여 대용 오물들끼리의 상호작용, 대용오물과 변기와의 상호작용, 대용오물과 세척수와의 상호작용 등을 모두 고려하는 Multi-physics 해석을 수행하였습니다.

CFD해석 방법과 초기 물성값 등은 제시된 자료를 이용하여 적용하였습니다.

사용된 세척수의 양은 6리터로 제한하였으며, 세척수 유입구를 통해 변기 내 공급되는 유량은 아래와 같이 시간에 따라 별도로 측정된 값을 활용하였다.




대변기 세척성능 시험 대체를 위한 CFD 해석 초기조건

CFD 해석은 아래 그림과 같은 벌집모양 구조를 갖는 다면체 격자를 사용하였습니다.



CFD 해석을 위해 STAR-CCM+에 적용한 하이브리드 격자



CFD 해석의 수치 모델은 아래와 같다. - 해석툴: Simcenter STAR-CCM+ - 해석모델: 과도상태, - 해석조건: Internal flow - 수온: 적정 수온 고려 - 격자 종류: 다면체 격자 - 벽면처리: 벽면 처리를 위해 조밀한 격자사용, 에뮬레이션하는 블렌딩된 벽면 함수 사용,



STAR-CCM+를 사용하여 대변기의 세척성능 인증심사를 대체할 수 있는 CFD 해석 기술을 개발하였고, 이에 대하여 아래와 같은 결론은 얻을 수 있었다.


대변기 세척성능 인증을 위한 CFD 해석 결과

CFD 시뮬레이션 결과


- 양변기 성능 대체를 위한 툴로 Simcenter STAR-CCM+ 소프트웨어를 사용하였다.

- PP 재질의 플라스틱 볼 & HDPE 원추형 입자를 대변기에 각각 투입한 후 CFD 해석 수행. - 각 대용오물들끼리, 대용오물과 변기 표면, 대용오물과 세척수 등이 상호작용을 고려하는 Multi-physic 해석 수행.

- 실제 현상을 유출할 수 있도록 과도 응답 해석 수행. ​- 볼배출과 입자배출 시뮬레이션 결과 모두 환경부 시험기준을 만족하는 것으로 나타났다.

- 본 해석은 기존 친환경마크 등록을 받은 기존 대변기에 대해 해석을 수행하였고, 그 결과를 상호 비교하였다. - 따라서 기존의 대변기 세척성능 실험을 CFD 해석으로 대체할 수 있음을 확인하였다.

- 이 분석 결과는 인증실험 전 성능평가를 위해 사전에 분석할 수 있는 유용한 기법으로 활용될 수 있을 것 임.


CFD 해석 결과

 

본 해석에 대한 궁금한 사항은 당사 고객지원실 (young@deltaes.co.kr / T. +82-70-8255-6001)로 문의하여 주시기 바랍니다.

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