와류

와류(渦流, eddy, vortex)는 유체의 회전운동에 의하여 주류와 반대 방향으로 소용돌이치는 흐름으로 강하게 회전하면서 흐르는 유체의 형태를 말한다. 또한 상이한 속도의 유체가 만났을 때 발생하는 혼돈 상태의 흐름으로 유체의 흐름의 일부가 교란받아 본류와 반대되는 방향으로 소용돌이치는 현상을 와류 현상이라고 한다.

자동차 운전 와류

달리는 자동차는 공기를 상하좌우로 밀어내기 때문에 자동차가 지나간 자리에는 빈 공동이 생긴다. 일시적으로 진공 상태가 되는 이 공간은 압력의 차이로 주변의 것들을 끌어들이는 소용돌이가 발생한다. 이를 유체역학에서 와류라고 한다. 와류가 발생하면 공기가 자동차를 앞으로 밀어 주는 압력이 감소한다. 결과적으로 자동차가 받는 공기저항이 커지게 된다. 그래서 이런 유동 박리 현상이 일어나지 않게 하기 위해 스포일러를 통해 자동차 표면에서 공기의 흐름을 망치는 것이다. 이렇게 자동차의 리어스포일러는 와류의 발생으로 인한 차량 후미 주변의 압력과 공기 흐름의 불안정, 그리고 양력으로 인한 마찰력 불안정을 억제하는 것이 주목적이다.

와류 현상을 막는 억제하는 또다른 장치로 와류 발생기가 있다. 와류 발생기는 인공적으로 와류를 발생시켜 유동박리로 인해 생기는 와류를 억제할 수 있다. 이러한 와류 발생기의 원리는 자동차뿐만 아니라 비행기에도 적용된다. 비행기의 날개에 설치된 와류 발생기는 양력이 급격히 감소하는 실속 현상을 완화해 준다. 또, 골프공 표면의 구멍인 딤플도 와류 발생기와 동일한 역할을 한다.

자동차 엔진 와류

자동차 엔진 와류는 자동차 엔진에서 실린더로 들어가는 공기·연료 혼합 가스의 신속하게 소용돌이치는 움직임을 말한다. 발생 기구에 따라 구분하면 흡기행정 중 흡기계에서 생성되는 유입와류(induction swirl, 流入渦流), 압축행정 말기에 피스톤 가장자리로부터 중앙으로의 압입와류(squish, 壓入渦流), 그리고 연소 초기의 연소와류(combustion vortex, 燃燒渦流) 등으로 구분할 수 있다.

• 유입와류 : 흡기행정 중 공기가 실린더 내로 유입될 때 생성되는 와류를 말한다. 예를 들면 나선형 흡기관, 또는 시라우드(shroud)가 부착된 흡기밸브를 이용하여 유입와류를 생성시킨다.

• 압입와류 : 압축행정 말기에 피스톤헤드 가장자리의 평면부의 실린더헤드 면이 형성하는 원판형 링 모양이 틈새 부분이 공기를 연소실 중앙 부분으로 압입시키는 작용을 할 때 생성되는 와류를 말한다. '피스톤와류'(piston swirl)라고도 한다.

• 연소와류 : 연소 초기에 연소 압력 차에 의해 생성되는 와류를 말한다. 와류를 그 유동 형태에 따라 스월(swirl), 스퀴시(squish), 텀블(tumble)로 구분하기도 한다. 일반적으로 디젤기관에서 자기착화 이전에 와류가 활발하면 혼합기형성이 촉진되어 연소 초기에 압력이 급격히 상승하고, 자기착화 후에 와류가 생성되면 초기에 연소하는 혼합기량은 적고, 가장 긴요할 때 즉, 크랭크축이 큰 힘을 필요로 할 때 다량의 혼합기가 연소하여 정숙한 연소가 이루어지는 것으로 알려져 있다. 그러나 와류가 지나치게 격렬하면(예：100m/s 이상), 연소실벽을 통한 열손실이 증대되고 착화지연이 연장되어 노크가 유발될 수도 있는 것으로 알려져 있다.

오해와 진실

와류는 다운포스를 만들어내기 위한 과정에서 어쩔 수 없이 따라오는 부산물이라고 생각할 수도 있지만 잘 컨트롤하면 유용하게 사용할 수 있다. 와류를 보면 회오리의 중심부는 파란색으로 압력이 낮고 중심부에서 멀어질 수록 압력이 점점 높아지는 것을 볼 수 있다. 낮은 압력은 때에 따라서 아주 유용하게 쓰일 수 있다. 와류의 또 다른 역할은 공기를 잘 섞어주는 것인데, 층류가 좋기 때문에 층류를 만들기 위해 에어로 장치들을 추가한다는 오해를 부르기도 한다. 층류는 공기 저항이 작기 때문에 이점이 있다. 그러나 층류를 유지하기가 어렵고, 대부분의 상황에서 층류보다 난류, 와류가 유리할 때가 많다. 대표적인 예가 골프공이다. 골프공의 딤플들이 만들어내는 것은 와류가 아닌 난류이다. 난류와 와류는 둘 다 공기의 박리(separation)를 늦추는 역할을 할 수 있다. 층류보다 난류가 표면 마찰에 의한 저항이 더 크지만, 골프공의 경우 표면 마찰에 의한 저항보다 압력차이에 의한 저항이 훨씬 크기 때문에 흐름을 난류로 바꾸어 주는 것이 전체 저항을 줄이는 역할을 하게 된다. 강제로 흐름을 난류로 바꾸어 주면 공기의 박리가 늦어지면서 압력 차이에 의한 저항이 줄어들게 된다. 와류 역시 난류처럼 공기층의 박리를 늦춰줄 수 있다. 대표적인 예가 자동차 루프 후면에 부착하는 와류 생성기이다.

요즘 차들은 루프에서 뒷유리로 이어지는 부위를 완만한 곡선으로 디자인하여 공기가 곡선을 타고 넘어가 박리 발생이 거의 없는 구조로 만들어진다. 하지만 과거의 차들은 뒷유리의 각도가 완만하지 않아 공기가 차체를 따라 흐르기 힘든 구조였고, 이런 경우에는 공기의 박리로 인한 압력차이가 생기고 저항이 커지게 된다. 이 때, 와류 생성기를 활용하면 공기가 차체를 타고 흐를 수 있도록 유도하여 박리 발생을 억제하고 저항을 최소화할 수 있다. 와류는 이렇게 저항을 줄이기 위해서 사용되기도 하지만 박리를 늦추어 최대 다운포스를 늘릴 때에도 사용된다. 그래서 비행기에도 많이 이용되고 있다. 카나드에서 생성되는 와류는 휠하우스뿐만 아니라 자동차의 바닥과 디퓨저에도 영향을 주게 된다. 디퓨저에 달려 있는 세로 핀들도 와류 발생기로써 와류를 발생시켜 압력 차이로 인한 저항을 줄인다.

참고자료

• 〈디젤기관의 와류와 연소실〉, 《네이버 지식백과》
• 박재희 학생기자, 〈자동차 날개의 비밀, 에어로다이나믹스〉, 《코스모스》, 2022-01-05
• 〈(자동차공학) 승용차와 SUV의 와류현상 차이에 의한 뒷와이퍼 유무에 관한 연구〉, 《교보문고》, 2018-07
• 미소카닷컴, 〈자동차의 와류현상에 관한 이야기〉, 《네이버 포스트》, 2020-06-03
• 〈와류와 난류, 오해와 진실〉, 《에이드로》

같이 보기

• 난류
• 리어 스포일러

이 와류 문서는 운전에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.

교통 : 교통, 교통수단, 운전 □■⊕, 운송, 도로, GTX역, KTX역, 수도권 지하철역, 인천 지하철역, 부산 지하철역, 대구 지하철역, 대전 지하철역, 광주 지하철역, 철도역, 버스터미널, 공항, 항구, 국가어항, 한국철도, 중국철도, 일본철도 운전 ACC 모드 • FSD • OFF 모드 • ON 모드 • P턴 • S코스 • T코스 • U턴 • 가감속 • 가속 • 가속도 • 가속성 • 감속 • 개문발차 • 경고 • 경유 • 경유지 • 고속 • 고속주행 • 곡예운전 • 공기저항 • 공기저항계수(CD값) • 공주거리 • 공회전 • 과속 • 관제 • 교대 • 교대시간 • 교차 • 구동 • 구동력 • 구름저항 • 급가속 • 급감속 • 급발진 • 급속 • 급정거 • 급제동(급브레이크) • 급출발 • 끼어들기 • 난폭운전 • 내구연한 • 냉간시동 • 노면소음 • 노킹 • 눈뽕 • 다운포스 • 대리운전 • 대포차 • 대향차 • 도로주행 • 도착 • 도착지 • 동승 • 뒷차 • 드라이브스루 • 드라이브인 • 락크롤링(락크라울링) • 레브매칭 • 레이싱(경주) • 로드홀딩 • 마력 • 만석 • 매직 카펫 라이드 • 모니터링 • 모닝노크 • 모범운전 • 모터스포츠 • 목적지 • 무면허운전 • 무인운전 • 무임승차 • 반자율주행 • 반클러치 • 발레모드 • 발차 • 방어운전 • 방음 • 법인대리운전 • 변속 • 보복운전 • 부스트모드 • 불법운전 • 불법유턴 • 불법택시 • 불법행위 • 빗길운전 • 사각지대 • 사납금 • 사선주행 • 서행 • 서행운전 • 소음 • 속도 • 속도위반 • 속력 • 수막 • 수막현상 • 스마트모드 • 스텔스차량 • 스포츠모드 • 스포츠 브레이크 • 승차(탑승) • 승차감 • 승차권 • 승하차 • 시각 • 시내주행 • 시동 • 시력 • 시승 • 시야 • 시야각 • 시운전 • 안전 • 안전거리 • 안전속도 • 안전운전 • 안전운행 • 앞지르기 • 앞차 • 야간운전(야간주행) • 양력 • 양력계수(CL값) • 양방통행 • 언더라이드 • 에코모드 • 엔진브레이크 • 역주행 • 열간시동(온간시동) • 옆차 • 예열 • 오토파일럿 • 와류 • 완전자율주행 • 완주 • 운임 • 운전 • 운전미숙 • 운전습관 • 운행 • 원격시동 • 위험 • 음주운전 • 음주측정기 • 응시 • 이동 • 이동권 • 일방통행 • 일시정지 • 자율주행 • 저속 • 저속주행 • 전방 • 전방주시 • 전진 • 전진기어(D) • 전후방 • 접근차 • 정속 • 정속주행 • 정지 • 정지거리 • 정차 • 제동 • 제동거리 • 제동력 • 제동성 • 제로백 • 제로턴 • 제어 • 제한속도 • 조작 • 졸음운전 • 주간운전(주간주행) • 주시 • 주행 • 주행거리 • 주행모드 • 주행저항 • 중립 • 중립기어(N) • 중속 • 중앙선 침범 • 직진 • 진동 • 차간거리 • 차박 • 차선변경 • 청각 • 청력 • 초보운전 • 추월 • 출발 • 출발지 • 출입 • 충격 • 충돌 • 측면 • 측방 • 칼치기 • 컴포트모드 • 컴포트 브레이크 • 크랩주행 • 크리핑 • 토크 • 통과 • 통행 • 트랙션 • 트롤리 딜레마 • 파킹기어(P) • 편제동 • 풋브레이크 • 풍절음 • 픽업 • 하이스트모드 • 하차 • 하차감 • 항력(드래그포스) • 항속거리 • 헛바퀴 • 환승 • 회생제동 • 횡단 • 후방 • 후열 • 후진 • 후진기어(R) • 휠핑 • 흡수 • 힐앤토 코너링 그립주행 • 급커브 • 급핸들 • 급회전 • 드리프트주행 • 랩타임 • 반시계방향 • 불법우회전 • 불법좌회전 • 선회 • 슬로우인 패스트아웃 • 시계방향 • 실조향각 • 아웃 인 아웃 • 액셀워크 • 언더스티어 • 역회전 • 오버그립 • 오버스티어 • 우측 • 우회전 • 접지력(그립) • 조향 • 조향각 • 좌우측 • 좌측 • 좌회전 • 카운터스티어 • 코너링 • 코너링 그립 • 코너링 테크닉 • 파워오버스티어 • 피봇턴 • 피시테일 • 한계그립 • 핸들링 • 회전 • 회전반경 운전자 고령운전자 • 관제사 • 기관사 • 기장 • 난폭운전자 • 대리운전기사 • 대리운전업체 • 동승자 • 마이카족 • 모범운전자 • 버스기사 • 부기장 • 선원 • 선장 • 손님 • 쇼퍼 • 스튜어드 • 스튜어디스 • 승객 • 승무원 • 승차정원 • 안내양 • 우주비행사 • 운전기사 • 운전병 • 운전자 • 음주운전자 • 장애인 운전자 • 조수 • 조종사(파일럿) • 졸음운전자 • 초보운전자 • 탑승객 • 탑승자 • 택시기사 • 트럭기사 • 함장 • 항해사 주차 고임목 • 공영주차장 • 공용주차장 • 기계식 주차장 • 노상주차장 • 노외주차장 • 무인주차장 • 반자주식 주차장 • 발레파킹 • 부설주차장 • 불법주정차 • 불법주차 • 셀프주유소 • 스마트주차 • 실내주차 • 실내주차장 • 실외주차(야외주차) • 실외주차장(야외주차장) • 옥상주차장 • 원격주차 • 이중주차 • 입차 • 자동주차 • 자동출차 • 자율주차 • 자주식 주차장 • 장애인 전용 주차구역 • 전방주차 • 주기장 (건설기계) • 주기장 (항공기) • 주유 • 주유건 • 주유기 • 주유소 • 주정차 • 주정차 금지구역 • 주차 • 주차공간 • 주차구역 • 주차권 • 주차기어 • 주차대행 • 주차료 • 주차면 • 주차시설 • 주차위반 • 주차장 • 주차타워 • 중립주차 • 지상주차장 • 지하주차장 • 직각주차 • 차고 • 차고지 • 출차 • 평행주차 • 후방주차 면허 • 관리 국제운전면허증 • 단속 • 도로교통법 • 등록 • 등록기준지 • 면허 • 면허정지 • 면허취소 • 무면허 • 사용본거지 • 여객자동차운수사업법 • 연습면허 • 운전면허 • 운전면허시험 • 운전면허증 • 운전학원 • 임시운행허가 • 자동차관리법 • 자동차등록원부 • 자동차등록증 • 자동차세 • 장롱면허 • 저공해 차량 스티커 • 취득세 • 폐차 • 폐차장 • 형간전환 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반