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문제 정의
- 측정과정에서 송풍기의 토출구를 파이프로 연결하여 흡입구에 위치한 마이크로폰에 미치는 영향을 최소화하였다. 또한, 소음기와 흡입구의 임펠러와의 간극이 소음의 변화에 미치는 영향과 소음기의 부착이 송풍기의 유속에 미치는 영향에 대한 실험적 결과도 제시하였다.
제안 방법
- 이 연구에서는 우선 송풍기에서 발생하는 소음의 특성을 측정하여 소음저감 목표 주파수를 결정한다. 3차원 경계요소법을 사용하여 송풍기의 흡입구에서 소음을 저감하기 위한 흡음형 소음기를 설계하였다. 예측에 기초한 소음기를 제작하여 그 삽입손실을 측정하여 투과손실과 비교하였다.
- 공간의 제약에 의해서 소음기의 입출구는 25 cm, 최대 직경은 43 cm로 제한되어 있다. 공간의 제약과 더불어 송풍능력의 저하를 초래하지 않기 위하여 직선의 흡음형 소음기를 설계하였다.
- 송풍기에 사용되는 소음기는 높은 소음저감을 목표로 하고 동시에 송풍능력의 저하를 초래하지 말아야 한다. 따라서 소음기#2를 대상으로 소음기가 송풍능력에 미치는 영향을 측정하였다. 원형인 송풍기 토출구의 중앙에서 유속을 10회 반복하여 측정 하였다.
- 이 연구에 사용된 송풍기는 흡입구의 직경이 25 cm이고, 세차기에서 공간의 제약으로 인하여 소음기의 최대 직경은 43 cm, 길이는 12 cm로 제한되어 있다. 또한 소음기는 송풍능력의 저하를 초래하지 말아야 하기 때문에 직선형의 흡음형 소음기를 선택하였다. 경계요소법에 의한 투과손실의 예측결과 길이가 12 cm인 직선형 소음기(Fig.
- 두 소음기에 대하여 송풍기의 흡입구에서 2 m 떨어진 거리에서 측정된 음압레벨이 Table 1에 제시되었다. 소음기가 설치되지 않은 상태(baseline)를 기준으로 하여 소음기가 사용되었을 때의 측정값을 비교하였다. 소음기#1을 사용하였을 때는 기준상태와 같은 91.
- 송풍기에서 발생하는 날개통과주파수를 중심으로 소음을 저감하고자 3차원 경계요소법에 기초한 투과손실을 이용하였다. 소음기는 흡입구에 설치되었고, 토출구에서 발생하는 소음의 영향을 최소화하기 위하여 파이프를 사용하여 건물의 외부로 토출 구를 유도하였다. 송풍기의 흡입구에서 2 m 거리에서 소음을 측정하여 소음기의 소음저감 성능을 측정하였다.
- 소음기의 성능을 평가하기 위하여 소음기가 없을 때의 측정값과 소음기가 부착된 상태에서의 측정값의 차이를 이용하여 삽입손실을 계산하였다. 측정에 의한 삽입손실과 이론적인 계산결과인 투과 손실과의 비교를 Fig.
- 이 연구에서는 에어포일형의 12개의 날개를 가진 모터 직결 타입의 원심송풍기를 대상으로 하였으며 모터의 회전속도는 3510 rpm이다. 송풍기 에서 발생하는 소음을 측정하기 위하여 모터의 축에서부터 2 m와 흡입구에서 2 m의 거리를 두고 마이크로폰을 각각 설치하였다(Fig. 2). 마이크로폰으로부터 측정된 신호는 National Instrument(NI)사의 DAQ장치에 입력되고 Sound and Vibration Assistant 프로그램을 사용하여 분석되었다.
- 자동세차기에 사용되는 송풍기의 소음을 저감하기 위하여 소음기를 설계하여 그 성능을 측정하였다. 송풍기에서 발생하는 날개통과주파수를 중심으로 소음을 저감하고자 3차원 경계요소법에 기초한 투과손실을 이용하였다. 소음기는 흡입구에 설치되었고, 토출구에서 발생하는 소음의 영향을 최소화하기 위하여 파이프를 사용하여 건물의 외부로 토출 구를 유도하였다.
- 소음기는 흡입구에 설치되었고, 토출구에서 발생하는 소음의 영향을 최소화하기 위하여 파이프를 사용하여 건물의 외부로 토출 구를 유도하였다. 송풍기의 흡입구에서 2 m 거리에서 소음을 측정하여 소음기의 소음저감 성능을 측정하였다. 공간의 제약에 의해서 소음기의 입출구는 25 cm, 최대 직경은 43 cm로 제한되어 있다.
- 3차원 경계요소법을 사용하여 송풍기의 흡입구에서 소음을 저감하기 위한 흡음형 소음기를 설계하였다. 예측에 기초한 소음기를 제작하여 그 삽입손실을 측정하여 투과손실과 비교하였다. 측정과정에서 송풍기의 토출구를 파이프로 연결하여 흡입구에 위치한 마이크로폰에 미치는 영향을 최소화하였다.
- 따라서 소음기#2를 대상으로 소음기가 송풍능력에 미치는 영향을 측정하였다. 원형인 송풍기 토출구의 중앙에서 유속을 10회 반복하여 측정 하였다. 소음기가 설치되어 있지 않은 송풍기와 서로 다른 가이드의 길이를 갖는 소음기#2에 대하여 유속 측정결과의 평균값을 Table 3에 제시하였다.
- 이 연구에 사용된 송풍기에 대하여 가이드의 길이가 50 mm일 때 가장 큰 소음저감이 나타난다. 유동이 존재하지 않고 무반사단이라는 조건에서 3차원 경계요소법을 사용하여 예측한 투과손실과 유동이 존재하는 상태 이고 실내에서 측정한 삽입손실을 주파수영역에서 비교하였다. 유동의 존재 유무 등 실험조건의 차이에 의한 오차도 보이고 있지만 예측결과는 실험결과의 전체적인 경향을 나타내고 있다.
- 마이크로폰으로부터 측정된 신호는 National Instrument(NI)사의 DAQ장치에 입력되고 Sound and Vibration Assistant 프로그램을 사용하여 분석되었다. 음압의 주파수분석을 위해 Hanning window를 사용하였고 노이즈를 제거하기 위하여 50번의 averaging을 사용하였다. Fig.
- 이 연구에서는 우선 송풍기에서 발생하는 소음의 특성을 측정하여 소음저감 목표 주파수를 결정한다. 3차원 경계요소법을 사용하여 송풍기의 흡입구에서 소음을 저감하기 위한 흡음형 소음기를 설계하였다.
- 자동세차기에 사용되는 송풍기의 소음을 저감하기 위하여 소음기를 설계하여 그 성능을 측정하였다. 송풍기에서 발생하는 날개통과주파수를 중심으로 소음을 저감하고자 3차원 경계요소법에 기초한 투과손실을 이용하였다.
- 소음기의 크기에 비하여 관심 주파수가 낮거나 단순한 형상에 대하여는 일차원 해석방법을 사용할 수 있지만 고주파수에서는 유한요소법이나 경계요소법 같은 3차원 해석을 필요로 한다. 주어진 송풍기의 입구직경(25 cm)을 고려하여 이 연구에서는 3차원 경계요소법을 사용하여 투과손실을 예측하였다.
- 따라서 소음기는 이 세 주파수에 대한 저감을 목표로 하였다. 주어진 현실적 제한요소를 고려하여 2장에서 소개한 3차원 경계요소법을 사용하여 소음기를 설계하였다. 이 연구에 사용된 송풍기는 흡입구의 직경이 25 cm이고, 세차기에서 공간의 제약으로 인하여 소음기의 최대 직경은 43 cm, 길이는 12 cm로 제한되어 있다.
- 2는 이 연구에서 송풍기의 소음 측정을 위해 구성된 실험장치를 나타내고 있다. 토출구의 소음이 측정에 미치는 영향을 최소화하기 위해 파이프를 설치하여 토출구에서 실외로 유도하였다.
대상 데이터
- 주어진 현실적 제한요소를 고려하여 2장에서 소개한 3차원 경계요소법을 사용하여 소음기를 설계하였다. 이 연구에 사용된 송풍기는 흡입구의 직경이 25 cm이고, 세차기에서 공간의 제약으로 인하여 소음기의 최대 직경은 43 cm, 길이는 12 cm로 제한되어 있다. 또한 소음기는 송풍능력의 저하를 초래하지 말아야 하기 때문에 직선형의 흡음형 소음기를 선택하였다.
- 이 연구에서는 에어포일형의 12개의 날개를 가진 모터 직결 타입의 원심송풍기를 대상으로 하였으며 모터의 회전속도는 3510 rpm이다. 송풍기 에서 발생하는 소음을 측정하기 위하여 모터의 축에서부터 2 m와 흡입구에서 2 m의 거리를 두고 마이크로폰을 각각 설치하였다(Fig.
데이터처리
- 2). 마이크로폰으로부터 측정된 신호는 National Instrument(NI)사의 DAQ장치에 입력되고 Sound and Vibration Assistant 프로그램을 사용하여 분석되었다. 음압의 주파수분석을 위해 Hanning window를 사용하였고 노이즈를 제거하기 위하여 50번의 averaging을 사용하였다.
성능/효과
- 7 dB(A)가 저감되는 것을 보여준다. 따라서 소음기가 없을 때에 비하여 8 dB(A)의 소음저감 효과가 나타났다. 소음기#1에 대하여 가이드가 없을 때는 소음기의 효과가 없지만, 50 mm의 가이드를 설치하였을 때는 2.
- 주파수영역에서 확인한 실험결과는 날개통과주파수를 포함한 영역에서 가장 큰 소음저감 효과를 보여 주고 있다. 또 다른 실험결과는 소음기의 한 쪽 끝단과 송풍기의 날개 사이의 거리가 소음기의 성능에 영향을 미친다는 것을 보여주었다. 이 연구에 사용된 송풍기에 대하여 가이드의 길이가 50 mm일 때 가장 큰 소음저감이 나타난다.
- 직선 흡음형 소음기는 송풍기의 유속저하를 초래하지 않고 효과적으로 소음을 저감한다. 또한, 송풍기에 사용되는 소음기를 설계하는데 있어서 투과손실을 이용한 예측방법이 효과적이다.
- 따라서 소음기가 없을 때에 비하여 8 dB(A)의 소음저감 효과가 나타났다. 소음기#1에 대하여 가이드가 없을 때는 소음기의 효과가 없지만, 50 mm의 가이드를 설치하였을 때는 2.5 dB(A) 의 소음저감 효과가 나타났다.
- 3은 소음기가 사용되지 않은 상태(baseline)에서 측정된 음압의 주파수분석 결과를 보여준다. 송풍기의 흡입구 및 모터 방향에서 측정된 데이터의 주파수분석을 관찰해 보면 날개통과주파수(BPF, blade passing frequency)인 704 Hz와 그 고조파(harmonic frequency)인 1408 Hz 및 2112 Hz가 선명하게 나타나는 것을 볼 수 있다. 모터 방향에서 측정된 주파수를 보면 모터의 전원주파수인 60 Hz 와 그 고조파인 120 Hz를 확인할 수 있다.
- 또 다른 실험결과는 소음기의 한 쪽 끝단과 송풍기의 날개 사이의 거리가 소음기의 성능에 영향을 미친다는 것을 보여주었다. 이 연구에 사용된 송풍기에 대하여 가이드의 길이가 50 mm일 때 가장 큰 소음저감이 나타난다. 유동이 존재하지 않고 무반사단이라는 조건에서 3차원 경계요소법을 사용하여 예측한 투과손실과 유동이 존재하는 상태 이고 실내에서 측정한 삽입손실을 주파수영역에서 비교하였다.
- 예측에 기초한 소음기를 제작하여 그 삽입손실을 측정하여 투과손실과 비교하였다. 측정과정에서 송풍기의 토출구를 파이프로 연결하여 흡입구에 위치한 마이크로폰에 미치는 영향을 최소화하였다. 또한, 소음기와 흡입구의 임펠러와의 간극이 소음의 변화에 미치는 영향과 소음기의 부착이 송풍기의 유속에 미치는 영향에 대한 실험적 결과도 제시하였다.
- 거의 모든 주파수 영역에서 소음저감 효과가 나타나는 것을 볼 수 있다. 특히 목표로 했던 날개통과주파수 주위에서 15 dB 그리고 그 하모닉 주파수에서도 10 dB 이상의 소음저감 효과가 나타났다.
- 5와 같이 송풍기와 접촉하는 소음기의 한 면에 가이드를 설치하여 측정한 음압 레벨이 Table 2에 제시되어 있다. 특히 소음기#2에 대하여 가이드의 길이(Lg)가 길어짐에 따라서 음압 레벨이 감소하는데, 길이가 60 mm일 때는 50 mm 인 경우보다 음압레벨이 증가하는 것으로 보아 가이드의 최적화된 길이가 존재한다는 것을 알 수 있다. 소음기#2에 대하여 가이드가 50 mm일 때는 가이드가 없을 때보다 추가로 4.
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