[논문]냉각탑용 축류팬의 팁 간격이 팬 성능 및 틈새 유동에 미치는 영향에 관한 수치해석적 연구

오건제

doi:10.9726/kspse.2012.16.1.044

냉각탑용 축류팬의 팁 간격이 팬 성능 및 틈새 유동에 미치는 영향에 관한 수치해석적 연구
Numerical Investigation of Effects of Tip Clearance Height on Fan Performance and Tip Clearance Flow in an Axial Fan of the Cooling Tower 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.16 no.1, 2012년, pp.44 - 50

초록
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팁 간격의 크기가 냉각탑용 축류팬의 성능과 누설 유동에 미치는 영향을 조사하기 위해서 서로 다른 2가지 팁 간격을 가진 경우에 대해서 점성유동을 해석하였다. 케이싱 내에서 작동하는 축류팬 주위의 유동을 연속방정식, Navier-Stokes 방정식 등을 지배방정식으로 사용하여 수치해석 하였다. 난류유동에 나타나는 레이놀즈 응력은 ${\kappa}-{\epsilon}$ 난류모델을 사용하여 계산하였다. 전체적으로 H형 격자계를 사용하였으며, 팁 주위의 유동을 해석하기 위해서 팁 영역 주위에 부분적으로 조밀한 격자를 두었다. 팁 간격이 증가하면 누설 유동의 증가로 인한 유동 손실의 증가로 전압상승과 수력효율이 감소하였다. 팬 직경에 대한 팁 간격이 0.4%에서 1.0%로 증가하면 전압상승 값이 약 10% 정도 감소하였으며, 수력효율은 약 3% 정도 감소하였다. 팁 간격이 팁 근처 날개 주위의 압력에 미치는 영향을 보면, 팁 간격이 증가하여 누설 유동이 증가하면 흡입면과 압력면의 압력차가 전연 부근에서 감소함을 알 수 있었다. 누설 와류의 중심은 코드를 따라서 흡입면으로 부터 떨어져 나가면서 형성됨을 알 수 있었다. 누설 와류의 위치를 보면 팁 간격이 증가하면 와류 중심의 위치가 흡입면 쪽으로 이동하고, 흡입면에서 떨어진 거리도 날개 후반부에서 증가 폭이 커지는 포물선 형태로 증가함을 알 수 있었다.

주제어

AI 본문요약
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가설 설정

2. A flow separation region can be seen on the casing near the tip which is due to the interaction of the leakage flow with the incoming passage flow. This region acts like a blockage to the incoming passage flow.
3. The pressure difference between the pressure and the suction side near the tip is further reduced in the larger clearance case by the larger blockage effect of the leakage flow. The location of minimum pressure on the suction side moves downstream when the clearance height is increased.

제안 방법

The purpose of the present study is to investigate effects of the tip clearance height on the structures of the tip clearance flow field in an axial fan of the cooling tower. Viscous flow calculations are performed for the fan flow field including the tip clearance flow using the Navier-Stokes equations and the k-ε turbulence model.
Calculation results are obtained at two tip clearance heights. The secondary flows in various cross-flow planes at the tip, the static pressure distributions on the blade surface near the tip and the trajectory of the tip vortex core in the blade passage are examined to understand the flow structure and the effects of the clearance height on the tip flow field.

이론/모형

The Reynolds stresses are modeled using the k-ε turbulence model.
^7-8). The code uses hybrid numerical scheme and the SIMPLE algorithm based on the finite volume approach.
The governing equations are solved using the Navier-Stokes code which was developed and validated for the simulation of turbulent flows in an axial fan model by author et al.^7-8). The code uses hybrid numerical scheme and the SIMPLE algorithm based on the finite volume approach.

성능/효과

1. Calculated performance data show a loss of around 10% in the total pressure rise when the clearance height is increased from 0.4% to 1.0%.

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