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복합 CAA 방법과 FRPM 기법을 이용한 냉장고 얼음제조용 원심팬의 광대역 소음 예측
Broadband Noise Prediction of the Ice-maker Centrifugal Fan in a Refrigerator Using Hybrid CAA Method and FRPM Technique 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.31 no.6, 2012년, pp.391 - 398  

허승 (부산대학교 기계공학부) ,  김대환 (부산대학교 기계공학부) ,  정철웅 (부산대학교 기계공학부)

초록
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본 연구에서는 기존의 RANS(Reynolds Averaged Navier Stokes) 방정식을 이용하는 복합 CAA(Computational AeroAcoustics) 방법에 광대역 소음원 생성을 위한 FRPM(Fast Random Particle Mesh) 기법을 적용하여 원심팬 광대역 소음 예측을 수행하였다. 먼저, RANS 방정식을 이용하여 원심팬 주위의 유동장을 예측하여 주요한 소음원 영역을 추론하고, 추론된 소음원 영역에 FRPM 기법을 적용하여 통계적 특성을 만족하는 난류를 재생하였다. RANS 방정식으로부터 해석된 유동장과 FRPM 기법으로부터 재생된 유동장을 이용하여 합성한 유동장에 음향상사법(Acoustic Analogy)을 적용하여 원심팬의 소음원을 생성하였다. 생성된 원심팬의 소음원을 경계요소법(Boundary Element Method)으로 구현된 선형전파모델에 적용하여 원심팬의 광대역 소음을 예측하였다. 원심팬에 대한 소음 측정값과의 비교를 통하여 제안된 기법이 원심팬의 순음 소음 및 광대역 소음 예측에 효과적임을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, prediction of centrifugal fan was conducted through combination the hybrid CAA method which was used to predict the fan noise with the FRPM technique which was used to generate the broadband noise source. Firstly, flow field surround the centrifugal fan was computed using the RANS equ...

주제어

#원심팬   #광대역 소음   #복합 CAA 방법   #FRPM 기법  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 원심팬의 내부 광대역 소음을 효율적으로 예측할 수 있는 방법을 제시하였다. 비정상 RANS 방정식을 해석하는 전산유체역학 방법을 이용하여팬주위의유동장 정보를 계산하고 평균유동장 정보를 입력값으로 하여 시공간상에서 무작위한 움직임의 난류를 재생하기 위한 방법으로 통계적 합성모델인FRPM 기법을 적용하였고마지막 단계로 내부 유동 환경에서 음향파의 전파를 고려할 수 있도록 모델링한 소음원을 가지고 경계요소법을 적용하였다.
  • 는 제어체적의 질량을 의미한다. 수치적 백색소음의 시간에 대한 특성은 복합 CAA 방법의 적용을 위해 해석한 비정상 유동장의 시간에 대한 특성으로 대체할 수 있으므로, 본 연구에서는 제어제척으로 적분한 수치적 백색소음의 시간에 대한 특성은 고려하지 않았다.
  • Fourier 모드중첩에 기초한 방법은 균질(homogeneous)하고 등방성의 (isotropic) 자유 난류 유동장에만 적용할 수 있다는 가정 때문에 적용영역이 한정되어있다. 이번 논문에서는Heo 등[3]에 의해 제시한 효율적인 광대역소음 해석방법을 확장하여 Fourier 모드 중첩법 대신에 Ewert 등[4]에 의해 개발된FRPM 기법을 이용하여 원심팬의 내부 광대역 소음을 효율적으로 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. FRPM 기법은Fourier 모드중첩에 기초한 난류합성방법에 비해 수치적 비용이 적다는 장점과 RANS 방정식으로부터 얻은 유동장의 지역적 정보로부터 난류를 재생하므로 비균일한(non-uniform) 평균 유동의 유동장에도 쉽게 적용할 수 있다는 장점이 있다.

가설 설정

  • 은 평균유동속도를 의미한다. 그리고 공간상의 여과함수는 다음과 같이 가우시안(Gaussian) 함수의 형태로 가정한다. 
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
냉장고의 주요 소음원은? 냉장고의 주요 소음원은 압축기와 팬으로 알려져 있다. 냉장고에서 팬은 응축기에서 생성된 차가운 공기를 냉장고 전체에 순환시키고, 기계실 내부의 압축기와 응축기의 온도를 저감하고, 냉장고 외부 저장공간에 얼음을 생성하기 위한 차가운 공기를 공급하는 등 여러 가지 목적으로 사용된다.
선행연구에서 적용한 복합CAA방법 3단계 중 마지막 단계는? 선행연구[1,2]에서 적용한 복합CAA방법은 간략하게3단계로 나누어 기술할수있는데, 먼저 전산유체역학의 RANS 방정식을 이용하여 회전하는 팬주위의 유동장을 예측하고 예측한 유동장에 음향상사법을 적용하여 팬의 소음원을 모델링한다. 마지막으로, 모델링한 소음원과 선형전파모델을 결합하여 덕트를 통한 방사소음을 예측한다. 다음각절에서 각각의 단계별 방법에 대해서 간략히 기술하였다.
전산유체역학의 수치기법 중 LES와 DNS의 문제점은? 팬의 광대역 소음을 예측하기 위해서는 광대역소음원으로 고려되는 유동장 내의 난류의 움직임에 대한 정확한 예측이필요하나, 시간에 대한 평균과정을 포함하는 RANS 방정식으로부터 예측된 유동장은 유동장내의 난류의 무작위한(Random) 움직임을 묘사하는데 한계가 있다. 전산유체역학의 수치기법 중 LES(Large Eddy Simulation)나 DNS(Direct Numerical Simulation)은 유동장내의 난류의 무작위한 움직임에 대한 예측이 가능하나, 엄청난 수치적 비용이 수반되므로 산업현장에서 적용하기 어렵다. Heo 등[3]은Fourier 모드중첩에 기초한 난류합성방법을 사용하여 냉장고 얼음제조용 원심팬의 내부광대역소음을 효율적으로 예측하기 위한 방법론을 제시하였다.
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참고문헌 (9)

  1. S. Lee., S. Heo., C. Cheong., "Prediction and reduction of internal Blade-passing frequency noise of the centrifugal fan in a refrigerator," International Journal of Refrigeration, vol. 33, no. 6, pp. 1129-1141, 2010. 

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  2. S. Heo., C. Cheong, T.-H. Kim., "Development of low noise centrifugal fan a refrigerator using inclined S-shaped trailing edge," International Journal of Refrigeration, vol. 34, no. 8, pp. 2076-2091, 2011. 

    상세보기 crossref

  3. 허승, 김대환, 정철웅, 김태훈, "통계적 난류합성 모델을 이용한 원심팬 내부 광대역 소음 예측", 한국소음진동공학회논문집, 21권, 12호, pp. 1138-1145, 2011. 

  4. R. Ewert, J. Dierke, J. Siebert, A. Neifeld, A. Appel, M. Siefert, O. Kornow, "CAA broadband noise prediction for aeroacoustic design," Journal of Sound and Vibration, vol. 330, no. 17, pp. 4139-4160, 2011. 

    상세보기 crossref

  5. J. Ryu, C. Cheong, S. Kim, S. Lee, "Computation of internal aerodynamic noise from a quick-opening throttle valve using frequency-domain acoustic analogy," Applied Acoustics, vol. 66, pp. 1278-1308, 2005. 

    상세보기 crossref

  6. M.J.Lighthill, "On sound generated aerodynamically," I. general theory, Proc. Roy. Soc. 211A, 1952. 

  7. N. Curle, "The influence of solid boundaries on aerodynamic sound," Proc. Roy. Soc. 231A, 1955. 

  8. C. Cheong, P. Joseph, Y. Park, S. Lee., "Computation of Aeolian tone from a circular cylinder using source models," Applied Acoustics vol. 69, pp. 110-126, 2008. 

    상세보기 crossref

  9. A. Smirnov, S.Shi, I.Celik, "Random flow generation technique for large eddy simulations and particle dynamic modeling," Journal of Fluid Engineering, vol. 123, no. 2, pp. 359-371, 2001. 

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