Introduction

현재 석유 연료의 사용 증가로 인한 환경오염 문제로 각종 환경 규제가 강화되고 있으며, 농업기계를 포함한 비도로 이동오염원에 대한 배출가스 규제도 점차 강화되고 있다(Park et al., 2025b). 국내 농업용 트랙터 보유 대수는 증가하고 있으며, 트랙터 운용에 따른 대기오염물질 배출 특성을 분석한 연구에서도 농업기계 분야의 배출가스 문제와 이에 대한 저감 필요성이 제기되고 있다(Kim et al., 2025c; Park et al., 2026). 이에 따라 탄소중립을 실현하기 위해 다양한 분야에서 친환경 기술 개발이 추진되고 있으며(Park et al., 2025d), 농업기계 분야에서도 친환경 동력원을 적용하여 디젤 엔진을 대체하기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다(Park et al., 2025a).

Baek 등(2024b)은 모터, 감속기 및 휠이 단일 축에 통합된 E-axle 시스템을 동일한 4개의 시스템으로 구성된 4륜 독립구동(4 wheel independent driving, 4WID) E-axle 기반의 전기 트랙터 성능 평가 수행을 위해 시뮬레이션 모델을 활용한 다양한 조건에서의 E-axle 시스템 및 트랙터의 성능 예측을 수행하였으며, 작업 속도 범위 내에서 주행 속도 감소에 따라 작업 능률 및 에너지 효율 향상을 기대할 수 있을 것을 확인하였다. Jeon 등(2024)은 수소 연료전지 트랙터 개발의 기초 연구로 농작업 부하 데이터 기반 파워트레인의 전력원별 효율성 분석을 수행하였으며, 수소 연료전지 기반 파워팩과 같은 친환경 동력원을 적용할 경유 내연기관 트랙터 엔진 대비 높은 효율을 보였음을 확인하였다. Baek 등(2024a)은 전기 트랙터 듀얼모터 및 유성기어 타입 파워트레인 개발을 위해 설계 및 내구성 검증을 수행하였으며, 파워트레인의 주요 부품인 기어 및 베어링의 안전율 분석을 통해 모든 부품에서 목표 범위를 만족하는 것을 확인하였다. Kang 등(2025)은 4륜 전기구동 밭농업용 플랫폼의 다물체 동역학 시뮬레이션 모델을 개발하여 밭 농작업 환경에서의 경사지 주행 성능을 평가하였으며, 저경사 조건에서 토크 및 슬립율 변화가 미미하여 중속 주행이 효율적이고 고경사 조건에서는 슬립율 증가에 따른 속도 증가보다는 안정적 구동력 확보가 필요함을 확인하였다. Kim 등(2025b)은 전기 트랙터 1D 시뮬레이션 모델을 개발하고 계측 시험 결과와의 비교를 통해 전기 트랙터의 작업 성능을 검증하였으며, 1회 충전 시 약 2시간 이상의 농작업이 가능함을 확인하였다. Kim 등(2025a)은 20 kW 전기 트랙터 동력전달시스템 시뮬레이션 모델을 개발하여 기어와 베어링의 목표 수명 만족 여부를 분석하고, 실차 시험과의 비교를 통해 동력전달시스템의 검증 및 개선을 수행하였다. Yang 등(2026)은 불규칙한 과수원 토양 조건에서 운용되는 4륜 구동 및 4륜 조향 전기구동 플랫폼을 대상으로 실시간 슬립율과 가속도 데이터를 반영한 구동 토크 예측 모델을 개발·검증 연구를 수행하여 슬립율 기반 모델의 높은 예측 성능 및 전기구동 농업용 플랫폼의 견인 제어, 구동계 설계 최적화 활용 가능함을 확인하였다.

현재 친환경 동력원을 적용한 농업기계 개발 연구가 활발히 수행되면서, 기존 내연기관 기반 기계와는 다른 부품 배치와 냉각 요구 조건이 제시되고 있다. 특히 수소 연료전지 트랙터는 연료전지 파워팩과 전력변환장치가 추가되므로, 제한된 후드 공간 내에서 냉각 효율과 열관리 성능을 동시에 확보할 수 있는 냉각 시스템 설계가 필요하다. 따라서 친환경 동력원을 적용한 차량의 개발 과정에서는 열유동 해석 기반의 냉각 시스템 설계와 검증이 중요하다.

Zhang 등(2022)은 수소 연료전지 지게차의 냉각 시스템에 대해 유압 구동 팬과 전기 유압 비례제어 방식을 적용한 1차원 시뮬레이션 및 3차원 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 모델을 개발하여 냉각 성능을 평가하였고, 극한 온도 조건에서도 빠른 팬 응답과 높은 방열 효율을 확인하였다. Heynen 등(2025)은 수소 연료전지 자동차 Nexo를 대상으로 고온 환경과 주행 조건이 차량 열관리 시스템에 미치는 영향을 분석하였으며, 주행 속도에서는 안정적인 냉각 공기 유량이 유지되는 반면 고온 조건에서는 시스템 효율이 저하됨을 보고하였다. 이를 통해 연료전지 차량의 냉각 시스템 설계와 열관리 제어 전략 수립의 필요성을 제시하였다. Park 등(2025c)은 수소 연료전지 트랙터 후드 내부 열유동 분석을 통해 수소 연료전지 냉각 시스템 배출부 근접 영역에서 높은 온도 변화폭이 나타남을 확인하였고, 이러한 열축적 현상이 파워팩의 안정적 운용과 냉각 성능에 영향을 미칠 수 있음을 제시하였다.

문헌 연구 결과 친환경 동력원을 적용한 농업기계의 성능과 신뢰성을 확보하기 위해서는 냉각 시스템의 열유동 특성에 대한 정량적 연구가 필요한 것으로 확인하였다. 또한, 본 연구에 활용된 수소 연료전지 트랙터 최적 운용 및 효율 유지를 위해 파워팩 및 전력변환장치의 열관리 기술 확보는 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 실제 수소 연료전지 트랙터를 대상으로 최대 출력 조건에서 후드 내부 열유동을 계측하고, 이를 바탕으로 CFD 시뮬레이션 모델을 구축·검증하였다. 또한 계측 결과와 해석 결과의 비교를 통해 후드 내부의 열축적 문제를 도출하고, 이를 반영한 후드 개선안을 제시하였다.

Materials and Methods

수소 연료전지 및 냉각 장치

본 연구에 사용된 수소 연료전지 파워팩 기반 트랙터는 수소탱크, 수소 연료전지 파워팩(powerpack), 고전압배터리, PDU (power distribution unit), 두 개의 전기 모터 및 변속기로 구성되어 있다. 기존 내연기관 트랙터의 엔진 중심 냉각 구조와 달리, 수소 연료전지 파워팩 및 전력변환장치 등의 적용에 따라 각 구성 요소의 냉각 요구 성능을 고려한 냉각 시스템을 구성하였으며 Fig. 1과 같다. 수소 연료전지 트랙터에 탑재된 수소 연료전지 파워팩은 정격 출력 70 kW, 최대 출력 90 kW이며, 운용온도 범위는 -30 - 60℃이다. 본 시스템에서는 파워팩 및 각 전력변환 장치의 운용 온도 및 최적 효율 조건을 고려하여 총 2개의 냉각 시스템(냉각수 쿨러[coolant cooler] 및 수소 연료전지 쿨러[fuel-cell cooler])을 배치하였다. 냉각수 쿨러는 모터, 인버터 및 LDC (low voltage DC-DC converter)를 포함한 전력변환장치의 냉각을 수행하며 냉각 팬 및 라디에이터로 구성 되어있다. 냉각수 쿨러는 알루미늄 재질의 열교환기 매트릭스로 구성되며, 시험 압력은 21 bar, 동적 작동 압력은 14 bar, 사용 온도는 120℃이다. 수소 연료전지 쿨러는 고전압 냉각팬 및 라디에이터로 구성되어 있으며, 수소 연료전지 파워팩 스택 냉각을 수행한다. 수소 연료전지 쿨러의 고전압 냉각 팬의 사용 전압은 정격 290 V이며, 라디에이터의 방열 성능은 70 kW 이상이다. 또한, 수소 연료전지 냉각 시스템의 공기 유입 및 냉각 방법은 Fig. 2와 같이 트랙터 전방에 위치한 냉각수 쿨러는 파워팩 기준 전방에서 유입된 공기에 의해 냉각되고, 수소 연료전지 쿨러는 파워팩 기준 후방에서 공기를 유입하여 냉각한 뒤 캐빈 방향으로 열을 배출한다.

Fig. 1.

Cooling system configuration of the hydrogen fuel-cell tractor.

Fig. 2.

Cooling-system configuration and airflow paths in the hydrogen fuel-cell tractor.

수소 연료전지 트랙터의 전방 후드 내 열유동 계측

본 연구에 사용된 수소 연료전지 트랙터 전방 후드 열유동 계측 시스템은 Fig. 3과 같이 전방 후드 내부 온도 데이터를 실시간으로 수집·모니터링할 수 있는 DAQs (data acquisitions; QuantumX MX840B, HBM, Darmstadt, Germany)와 후드 내부 열유동 측정이 가능한 thermocouple wire (GG-K-24-SLE-500, OMEGA Engineering, Norwalk, CT, USA)로 구성하였다. 또한 전방 후드 열유동 시험 시 파워팩의 전류, 전압 및 냉각수 입·출구 온도 데이터는 CAN (controller area network)을 통해 수집하였으며, 해당 데이터는 최대 출력 시험 조건에서 파워팩 냉각수 온도 차이가 운용 권장 범위 이내로 유지되는지 판단하기 위해 활용하였다. 수소 연료전지 트랙터 전방 후드 내 온도 계측은 Fig. 4와 같이 총 18개의 thermocouple wire를 냉각수 쿨러, 수소 연료전지 쿨러, 수소 연료전지 파워팩 표면에 부착하여 수행하였다. 후드 내부 온도 측정 위치는 냉각 시스템 배치와 공기 유입 경로를 고려하여 선정하였다. 후드 내부 온도 특성 평가는 측정 위치별로 1개 이상의 온도 센서를 배치하였으며, Fig. 5와 같이 냉각수 쿨러 인입구 1CH 및 배출구 4CH, 수소 연료전지 쿨러 인입구 2CH 및 배출구 6CH, 수소 연료전지 파워팩 표면 5CH를 포함하여 총 18CH를 수집하였다.

Fig. 3.

Schematic of the measurement system used in this study.

Fig. 4.

Locations of temperature sensors in the hydrogen fuel-cell tractor.

Fig. 5.

Locations of mounted temperature sensors.

수소 연료전지 트랙터의 전방 후드 내 열유동 시험

수소 연료전지 트랙터 후드 내부 열유동 시험은 Fig. 6과 같이 트랙터 PTO (power take-off) 축에 부하를 인가하여 PTO 출력(토크, 회전속도 및 출력)을 계측하는 PTO 다이나모미터를 이용한 최대 출력 조건에서 수행하였다. PTO 최대 출력 시험은 PTO 회전속도 540 rpm으로 고정하였으며 수소 연료전지 파워팩의 안정적인 운용 온도 권장 범위인 68 - 72℃를 유지하도록 시험하였다. 또한, 수소 연료전지 스택 셀의 과열 및 내구성 저하를 방지하기 위해, 파워팩 내부 냉각수의 인입구와 배출구 온도 차이가 약 10℃ 범위가 되도록 시험하였다.

Fig. 6.

Maximum-power test of the hydrogen fuel-cell tractor using a power take-off (PTO) dynamometer.

수소 연료전지 트랙터 시뮬레이션 모델 개발 및 검증

수소 연료전지 트랙터 시뮬레이션 모델 개발 및 경계 조건 온도 선정

수소 연료전지 트랙터 열유동 시뮬레이션 모델은 상용 소프트웨어 Ansys Fluent (Ansys, 2024)를 활용하여 개발하였으며, CFD 기법으로 후드 내부 열유동을 분석하였다. 수소 연료전지 트랙터 열유동 시뮬레이션 모델은 Fig. 7과 같이 실제 차량 형상과 시험 조건을 반영하였고, 실제 차량의 벤트 형상 및 면적을 반영하여 23,468 mm²의 원형 벤트 조건으로 기준 모델을 구축하였다. 시뮬레이션 모델의 온도 분석 위치는 Table 1과 같이 PTO 다이나모미터를 이용한 최대 출력 시험의 열유동 측정 위치와 유사하게 냉각수 쿨러 팬 중앙부, 냉각수 쿨러 배출부, 수소 연료전지 쿨러 팬 각각의 중앙부, 수소 연료전지 쿨러 배출부 및 파워팩 표면 등 총 18개 측정 위치를 선정하였다. 경계 조건 온도는 파워팩 및 냉각 시스템의 열유동 계측 결과를 바탕으로 설정하였으며, 외기 온도는 28℃, 냉각수 쿨러 배출구 온도는 최대 부하 조건의 계측값을 적용하였다. 또한, 수소 연료전지 쿨러 배출구 온도는 수소 연료전지 파워팩 최대 출력 조건에서 예상되는 최대 작동 온도를 고려하여, 해당 위치에 65℃의 온도를 경계 조건으로 적용하였다.

Fig. 7.

Computational fluid dynamics (CFD) model of the hydrogen fuel-cell tractor for thermal-flow analysis.

수소 연료전지 트랙터 시뮬레이션 모델 검증

수소 연료전지 트랙터 시뮬레이션 모델 검증은 통계 소프트웨어 IBM SPSS Statistics (IBM, 2025)를 활용하여 통계 분석을 수행하였다. 쌍체표본 t-검정을 수행하여 시뮬레이션 모델 검증은 계측 및 시뮬레이션 결과 간 평균 차이의 유의성을 평가하여 모델의 재현성을 검토하였다. 계측 및 시뮬레이션 결과 간의 선형적 연관성을 평가하기 위해 Pearson’s 상관계수를 산출하여 측정 위치에 따른 온도 변화 경향의 유사성을 검토하였다. 또한, 계측 및 시뮬레이션 결과 값의 전반적인 일치도를 평가하기 위한 정량적 지표로 평균 제곱근 오차(root mean square error, RMSE)를 계산하여 사용하였다.

where, t : t-statistic

d : sample mean of the differences (di=X1,i-X2,i)

sd : standard deviation of the differences

n : number of pairs

where, r : correlation coefficient

xi : value of the x-variable in a sample

x : mean of the values of the x-variable

yi : value of the y-variable in a sample

y : mean of the values of the y-variable

where, r : correlation coefficient

yi : measured value

yi^ : simulated value

n : total number of samples

수소 연료전지 트랙터의 후드 개선안 설계

수소 연료전지 트랙터 후드 개선안 설계는 계측 및 시뮬레이션 모델 결과 비교·분석을 바탕으로 전방 후드 내부의 주요 문제점을 도출하고, 이를 반영하여 설계하였다. 수소 연료전지 트랙터 후드 개선안 방안은 후드 배출구 면적 확대와 격벽 추가 설치를 반영하여 개선 시뮬레이션 모델을 설계·분석하였다. 개선 모델의 해석 결과는 실제 후드 설계 개선에 반영할 예정이며, 수소 연료전지 트랙터 전방 후드 내 열유동 분석 프로세스는 Fig. 8과 같다.

Fig. 8.

Workflow of the thermal-flow analysis and model-improvement procedure used in this study.

Results and Discussion

최대 출력 조건 시 수소 연료전지 파워팩 냉각수 온도 특성

수소 연료전지 트랙터 후드 내 열유동 시험 시 파워팩 최대 출력은 65 kW로 나타났으며, 파워팩 내부 냉각수 인입구 및 배출구의 최대 온도는 각각 66℃ 및 70℃로 Fig. 9와 같다. 이때 최대 출력은 수소 연료전지 파워팩의 운용 권장 범위에서 나타났다. 또한, 파워팩 내부 냉각수 인입구 및 배출구 온도 차이는 최대 7℃로 나타났으며, 이는 운용 권장 범위 이내에 해당하였다.

Fig. 9.

Powerpack power and coolant temperatures of the hydrogen fuel-cell tractor during the maximum-power test using a power take-off (PTO) dynamometer.

최대 출력 시험 시 수소 연료전지 트랙터 열유동

수소 연료전지 트랙터 후드 내 열유동 분석은 측정 위치별 평균 온도를 활용하였으며, 단일 센서로 측정한 냉각수 쿨러 인입구는 계측값 자체의 평균을 활용하였다. 냉각수 쿨러 인입구(1CH) 각각 측정 위치의 평균 온도는 36.30℃이며, 냉각수 쿨러 배출구(2-5CH) 각각 측정 위치의 평균 온도는 39.71℃, 35.58℃, 49.71℃, 50.10℃이다. 수소 연료전지 쿨러 배출구(6-11CH) 각각 측정 위치의 평균 온도는 57.15℃, 61.68℃, 58.65℃, 57.68℃, 54.00℃, 57.35℃이며, 수소 연료전지 쿨러 인입구(12-13CH) 각각 측정 위치의 평균 온도는 32.48℃, 27.34℃이다. 또한, 파워팩 표면(14-18CH) 각각 측정 위치의 평균 온도는 40.13℃, 40.90℃, 55.37℃, 46.61℃, 41.87℃이며, 각각 측정 위치의 평균 온도를 활용하여 대표 온도를 선정하였다. Fig. 10과 Table 2에 제시한 결과와 같이, 냉각수 쿨러 인입구 및 배출구의 평균 온도는 각각 36.30℃와 43.78℃, 수소 연료전지 쿨러 배출구 및 인입구의 평균 온도는 각각 57.75℃와 29.91℃, 파워팩 표면 평균 온도는 44.97℃로 나타났다. 또한 수소 연료전지 쿨러 배출구와 파워팩 표면에서의 온도 변화폭이 각각 30.8℃와 22.1℃로 가장 크게 나타나, 해당 구간에서 열축적이 집중적으로 발생함을 시사하였다.

Fig. 10.

Measured temperature distribution inside the hood of the hydrogen fuel-cell tractor.

수소 연료전지 트랙터 시뮬레이션 모델 열유동

수소 연료전지 트랙터 열유동 계측 및 시뮬레이션 결과 값은 Fig. 11과 같이 연료전지 쿨러 출구 및 파워팩 주변에서 상대적으로 높은 온도 분포를 확인하였으며, 가장 낮은 온도 분포로 나타난 수소 연료전지 쿨러 인입부 대비 20 - 30℃ 높게 나타났다. 쌍체표본 t-검정 결과 유의수준 5% (α = 0.05)에서 두 결과 간 차이는 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났습니다(p = 0.83). 수소 연료전지 트랙터 열유동 계측 및 시뮬레이션 결과의 평균 온도는 52.73℃ 및 52.95℃이며, RMSE는 4.44℃로 나타났다. 또한, Pearson’s 상관계수(r = 0.92)는 계측 및 시뮬레이션 온도 결과 값 사이에 유사한 선형 관계를 보였다. 이에 따라, 시뮬레이션 모델이 수소 연료전지 트랙터 후드 내부 열유동 특성을 신뢰성 있게 재현함을 확인하였으며, 통계적 검증 결과의 요약은 Table 3과 같다.

Fig. 11.

Comparison of measured and simulated thermal-flow results for the hydrogen fuel-cell tractor.

수소 연료전지 트랙터 전방 후드 개선안

수소 연료전지 트랙터의 열유동 계측 결과와 기준 시뮬레이션 결과 비교·분석 시 수소 연료전지 쿨러 및 파워팩 구간에서 높은 온도 변화로 인한 열축적과 열배출/재유입 문제가 발생하는 것으로 판단되었다. 개선 모델은 Fig. 12와 같이 배출구 면적을 약 4배 확대한 96,000 mm²의 square vent case와, 동일한 square vent에 파워팩 후방 격벽을 추가한 square vent + rear bulkhead case로 설계하였다. 기존 round vent case에서는 제한된 배출 면적으로 인해 고온 공기의 원활한 배출이 이루어지지 않아 후드 내부 열축적 및 열배출/재유입 현상이 발생하였다. 이에 따라, square vent case는 열배출 성능 향상을 위해 배출구 면적 확대 및 배출구 타입을 square 형상으로 설계하였다. 또한, square vent + rear bulkhead case의 경우는 수소 연료전지 쿨러에서 배출되는 고온의 열이 파워팩 주변으로 유입되어 열축적 유발 및 파워팩 온도 상승 가능성이 있다고 판단하여 후방 격벽을 설치한 구조로 설계하였다.

Fig. 12.

Modified hood designs evaluated in the computational fluid dynamics (CFD) analysis: (a) square vent and (b) square vent + rear bulkhead.

시뮬레이션 모델 개선안 열유동

개선 시뮬레이션 모델을 활용한 전방 후드 내 온도

세 가지 후드 형상(기준 모델: round vent, 개선 모델 1: square vent, 개선 모델 2: square vent + rear bulkhead)을 비교한 결과, Fig. 13과 같이 평균 온도는 각각 53.62℃, 53.27℃, 51.54℃로 나타났다. Fig. 14와 같이 두 개선 모델 모두 기준 모델보다 후드 내부 평균 온도가 낮았으며, square vent + rear bulkhead 모델에서 가장 낮게 나타났다. Fig. 15에 제시한 파워팩 최대 온도는 square vent와 square vent + rear bulkhead 모델에서 각각 56.85℃와 54.04℃로, 기준 모델 대비 각각 2.09℃와 4.90℃ 낮았다. 시뮬레이션 모델을 활용한 전방 후드 내 세부 온도 분석 결과는 Table 4와 같다.

Fig. 13.

Comparison of thermal-flow simulation results among hood-design cases for the hydrogen fuel-cell tractor.

Fig. 14.

Comparison of internal hood temperature distributions among hood-design cases: (a) round vent, (b) square vent, and (c) square vent + rear bulkhead.

Fig. 15.

Comparison of maximum powerpack temperatures among hood-design cases: (a) round vent, (b) square vent, and (c) square vent + rear bulkhead.

개선 시뮬레이션 모델을 활용한 전방 후드 내 유속 및 압력

시뮬레이션 모델을 활용하여 수소 연료전지 트랙터 후드 내부 및 외부 유속을 분석한 결과, Fig. 16과 같이 round vent, square vent, square vent + rear bulkhead 모델의 최대 유속은 각각 27.35, 22.06, 22.66 m/s로 나타났다. 두 개선 모델은 기준 모델 대비 jet 유동이 완화되고 배출 유동이 안정화되어 재순환 및 열축적이 감소하는 경향을 보였다. 또한 Fig. 17과 같이 후드 압력의 최대값은 각 모델에서 528.61, 455.83, 490.15 N/m²로 나타났다. Square vent 및 square vent + rear bulkhead 모델에서는 기준 모델보다 최대 압력이 낮아 후드 주변의 정체가 완화되는 경향을 보였으며, 이는 배출 유동 안정화와 내부 열축적 감소에 기여하는 것으로 판단된다.

Fig. 16.

Comparison of internal and external airflow velocity fields among hood-design cases: (a) round vent, (b) square vent, and (c) square vent + rear bulkhead.

Fig. 17.

Comparison of hood pressure distributions among hood-design cases: (a) round vent, (b) square vent, and (c) square vent + rear bulkhead.

Conclusion

본 연구에서는 수소 연료전지 트랙터 전방 후드 내부의 열유동 특성을 계측하고, 이를 기반으로 CFD 시뮬레이션 모델을 구축·검증하였다. 또한 계측 결과와 해석 결과의 비교를 통해 후드 내부의 열축적 문제를 도출하고, 이를 반영한 개선 시뮬레이션 모델을 제시하였다. 주요 결과는 다음과 같다.

1. 수소 연료전지 트랙터 열유동 시험은 PTO 다이나모미터를 활용한 최대 출력 시험 시 수행하였다. 이때 파워팩 최대 출력은 65 kW로 나타났으며, 파워팩 내부 냉각수 인입구 및 배출구 최대 온도는 각각 66℃와 70℃였다.

2. 최대 출력 시험 시 전방 후드 내 열유동 분석 결과, 냉각수 쿨러 인입구 및 배출구의 평균 온도는 각각 36.30℃와 43.78℃, 수소 연료전지 쿨러 배출구 및 인입구의 평균 온도는 각각 57.75℃와 29.91℃, 파워팩 표면 평균 온도는 44.97℃로 나타났다. 특히 연료전지 쿨러 배출구 및 파워팩 주변에서 열축적이 크게 나타나, 후드 내부의 주요 열관리 문제 구간으로 확인되었다.

3. 수소 연료전지 트랙터 열유동 시뮬레이션 모델은 실제 차량 형상과 시험 조건을 반영하여 개발하였다. 전체 측정 지점 및 시뮬레이션 결과 평균 온도는 각각 52.73℃, 52.95℃로 나타났으며, 평균제곱근오차(RMSE)는 4.44℃로 확인되었다. 또한 Pearson 상관계수는 0.92로 나타나 두 결과 간 높은 선형적 연관성을 보였으며, 쌍체표본 t-검정 결과 유의수준 5% (α = 0.05)에서 두 결과 간 차이는 통계적으로 유의하지 않았다(p = 0.83). 따라서 구축한 시뮬레이션 모델은 후드 내부 열유동 경향을 재현하는 데 적절한 것으로 판단된다.

4. 수소 연료전지 쿨러 및 파워팩 구간에서 큰 온도 변화가 나타난 문제를 반영하여 개선 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 개선 모델은 배출구 면적을 확대한 square vent 모델과, 여기에 파워팩 후방 격벽을 추가한 square vent + rear bulkhead 모델로 구성하였다. 두 개선 모델 모두 기준 모델 대비 후드 내부 온도, 배출 유동 및 열축적 특성이 개선되었으며, 그중 square vent + rear bulkhead 모델에서 가장 안정적인 배출 유동과 가장 큰 열축적 감소 효과가 확인되었다.

본 연구는 수소 연료전지 트랙터 전방 후드 내부 열유동을 계측하고, 검증된 시뮬레이션 모델을 바탕으로 실제 차량의 열축적을 완화할 수 있는 후드 개선 방향을 제시하였다. 하지만 본 연구에 활용된 시뮬레이션 모델은 실제 가혹한 농작업 환경 및 조건을 반영하지 못하였다는 한계가 있다. 이에 따라, 향후 연구에서는 도출된 개선안을 실제 차량에 적용한 뒤 농작업 조건에서 열유동 시험을 수행하여 배출 유동 및 열축적 저감 효과를 추가로 검증할 필요가 있다.