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문제 정의
- 그러므로, 본 연구는, 신, 업체 설계 실제에의 적용亳 위하여, 팬 성능과 소음 특성을 동시에 고려할 수 있는 설계 방법을 제안하고자 한다. 팬의 3차원 형상 설계는 회전차 깃의 각도분포, 캠버선 결정, 익형 두께 분포 등을 통해 수행하였다.
제안 방법
- 광대역 소음은 블레이드 표면의 압력 섭동을 유발하는 소음원인 난류 경계층(turbulent boundary layer)과 후류와류 (wake vortex) 에 의한 것과 입구 난류(inflow turbulence)에 의한 것으로 간주하였다. 난류 경계층 및 후류 와류에 의한 소음은 식(18)의 Mugride의 모형(")을 이용하여 계산하였다.
- 본 방법의 신뢰성 검증을 위해, 본 설계-해석 방법을 실제 시로코 팬의 설계 및 성능, 소음 예측에 적용하였다. 본연구에서 고려한 5개의 시로코 팬은 환기, 공조, 가전 및 산업용으로 사용되는 팬들로, 각 팬들의 설계사양은 Table 1과 같다 S).
- 예측된 성능해석 결과를 바탕으로, 회전차 깃과 컷오프 간의 이산 주파수 소음(discrete frequency noise)을소음 상사법칙에 근거한 모형을 이용하여 계산하였고, 팬의 광대역 소음(broadband noise)은 팬 성능인자로 표현되는 상관관계식들을 이용하여 계산하였다. 본 연구의 설계 및 해석 방법을 하나의 전산화된 체계에 통합하였고, 본 전산 프로그램을 실제 환기용, 가전용, 산업용 및 공조용 팬의 설계에 적용하였으며, 설계, 성능 및 소음해석 결과들을 측정 결과들과 비교하여 본 방법의 신뢰성을 검증하였다.
- 2절의 방법으로 구해진 팬의 작동조건, 성능, 효율과 팬의 설계사양을 토대로, 팬의 소음을 예측할 수 있다. 본연구는 팬 소음을 특정한 조화 주파수에서 발생하는 컷오프주파수 소음(cutoff frequency noise)과 넓은 주파수 범위에서 발생하는 광대역 소음(broadband noise)으로 나누어 모형화 하였다.
- 설계된 시로코 팬의 성능을 예측하기 위해서, 본 연구는 회전차 깃 및 스크롤을 통과하는 평균유선을 전체 유동장을 대표하는 것으로 고려하여 해석하였고, 회전차 깃을 통과하는 공기의 이론적 전압상승을 Euler 일 방정식을 이용하여 계산한 후, 팬 입구에서의 유동 차단flow blockage), 누설 (flow leakage), 깃 출구의 유동 미끄럼(flow slip) 및 깃고} 스크롤 내의 입력손실(pressure loss)등의 실제 유동효과를 고려하여 팬의 압력, 동력 및 효율을 계산하였다.
- 가능한 방법을 제안하였다. 설계된 팬의 성능 및 소음해석은 유동 차단, 누설 및 압력손실 모형들과 결합된 평균 유선 해석기법과 컷오프 주파수, 광대역 소음모형들을 연계하여 수행하였다. 본 방법에 의해 팬 설계를 수행하였고, 팬의 성능 및 소음특성을 예측하였으며 예측결과는 측정 결과와 매우 잘 일치하였다.
- 시로코 팬의 기본 설계와 더불어 성능-소음 해석이 동시에 가능한 방법을 제안하였다. 설계된 팬의 성능 및 소음해석은 유동 차단, 누설 및 압력손실 모형들과 결합된 평균 유선 해석기법과 컷오프 주파수, 광대역 소음모형들을 연계하여 수행하였다.
- 난류 경계층 및 후류 와류에 의한 소음은 식(18)의 Mugride의 모형(")을 이용하여 계산하였다. 식(18)에서 보여지는 바와 같이, 광대역소음에 의한 음향 출력 레벨 및 소음 스펙트럼은 효율, 유량 및 압력계수와 같은 무차원화 된 팬 성능인자들에 의해 결정되며, 본 연구에서는 이러한 성능인자들을 2.2절의 예측결과들을 이용하여 계산하였다.
- 제안하고자 한다. 팬의 3차원 형상 설계는 회전차 깃의 각도분포, 캠버선 결정, 익형 두께 분포 등을 통해 수행하였다. 설계된 팬 형상에 대해, 유동 누설, 차단, 미끄럼 및 압력손실 모형이 결합된 평균유선 해석방식을 적용하여 팬 성능을 계산하였다.
- 도.형화 하여 예측하였다.
- 회전차 깃의 단면설계를 위해, 주어진 깃의 입구, 출구 각도에 맞는 캠버선을 단일원호 익형으로 설계하고, a 위에 익형두께분포를 기존의 날개 데이터베이스(NACA, DCA, Q 익형 포함)로부터 결정한다. 스크롤의 나선설계를 위해서는, 식(1)과 같이 나선의 반경(r)을 결정한다⑸.
대상 데이터
- 본 방법을 Table 1의 팬들 중 가장 높은 회전수와 정압을 필요로 하는 설계 사양을 가지는 자동차 공조용 팬(팬 모델 C) 설계에 적용하였다. 일반적으로 고속, 고압 팬의 경우 저압 팬에 비해 상대적으로 적은 유량범위, 급격한 압력변화 및 높은 소음레벨 특성을 보인다.
- 본연구에서 고려한 5개의 시로코 팬은 환기, 공조, 가전 및 산업용으로 사용되는 팬들로, 각 팬들의 설계사양은 Table 1과 같다 S).
이론/모형
- 것으로 간주하였다. 난류 경계층 및 후류 와류에 의한 소음은 식(18)의 Mugride의 모형(")을 이용하여 계산하였다. 식(18)에서 보여지는 바와 같이, 광대역소음에 의한 음향 출력 레벨 및 소음 스펙트럼은 효율, 유량 및 압력계수와 같은 무차원화 된 팬 성능인자들에 의해 결정되며, 본 연구에서는 이러한 성능인자들을 2.
- 팬의 3차원 형상 설계는 회전차 깃의 각도분포, 캠버선 결정, 익형 두께 분포 등을 통해 수행하였다. 설계된 팬 형상에 대해, 유동 누설, 차단, 미끄럼 및 압력손실 모형이 결합된 평균유선 해석방식을 적용하여 팬 성능을 계산하였다. 예측된 성능해석 결과를 바탕으로, 회전차 깃과 컷오프 간의 이산 주파수 소음(discrete frequency noise)을소음 상사법칙에 근거한 모형을 이용하여 계산하였고, 팬의 광대역 소음(broadband noise)은 팬 성능인자로 표현되는 상관관계식들을 이용하여 계산하였다.
- 설계된 팬 형상에 대해, 유동 누설, 차단, 미끄럼 및 압력손실 모형이 결합된 평균유선 해석방식을 적용하여 팬 성능을 계산하였다. 예측된 성능해석 결과를 바탕으로, 회전차 깃과 컷오프 간의 이산 주파수 소음(discrete frequency noise)을소음 상사법칙에 근거한 모형을 이용하여 계산하였고, 팬의 광대역 소음(broadband noise)은 팬 성능인자로 표현되는 상관관계식들을 이용하여 계산하였다. 본 연구의 설계 및 해석 방법을 하나의 전산화된 체계에 통합하였고, 본 전산 프로그램을 실제 환기용, 가전용, 산업용 및 공조용 팬의 설계에 적용하였으며, 설계, 성능 및 소음해석 결과들을 측정 결과들과 비교하여 본 방법의 신뢰성을 검증하였다.
- 2와 같다. 입구 난류에 의해 야기되는 소음은 Lowson에 의해 제안된 모형(12)을 이용하며, 모형식은 식(19)와 같이 표현된다.
성능/효과
- 그리고 본 방법에 의한 소음 스펙트럼 예측 결과가 측정결과와 비교적 잘 일치함을 알 수 있다. Fig. 7은 본 연구에서 대상으로 삼은 5개의 팬들에 대한 성능예측 결과와 측정결과간의 비교를 동시에 보여주고 있으며, 서로 다른 설계사양과 작동조건을 가지는 팬들에 대해 본 예측방법이 정압 성능을 평균 상대오차 8% 범위 내에서 비교적 잘 예측하고 있음을 알 수 있다.
- 6에서 보여 지듯이, 팬 소음은 주로 낮은 주파수 영역에서 발생되며 컷오프 주파수 소음성분도 소음레벨에 큰 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 그리고 본 방법에 의한 소음 스펙트럼 예측 결과가 측정결과와 비교적 잘 일치함을 알 수 있다. Fig.
- 설계된 팬의 성능 및 소음해석은 유동 차단, 누설 및 압력손실 모형들과 결합된 평균 유선 해석기법과 컷오프 주파수, 광대역 소음모형들을 연계하여 수행하였다. 본 방법에 의해 팬 설계를 수행하였고, 팬의 성능 및 소음특성을 예측하였으며 예측결과는 측정 결과와 매우 잘 일치하였다. 그러므로, 본 시로코 팬 설계를 위한 방법은 고효율, 저소음 팬의 설계 실제에 기본 설계 도구로서 유용하게 사용될 것으로 기대된다.
후속연구
- 본 방법에 의해 팬 설계를 수행하였고, 팬의 성능 및 소음특성을 예측하였으며 예측결과는 측정 결과와 매우 잘 일치하였다. 그러므로, 본 시로코 팬 설계를 위한 방법은 고효율, 저소음 팬의 설계 실제에 기본 설계 도구로서 유용하게 사용될 것으로 기대된다.
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