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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 임펠러의 날개 길이와 피치각의 크기가 팬의 성능 및 소음에 어떠한 영향을 주는 가를 알아보기 위해서 피치각을 가변 할 수 있는 임펠러를 제작하여 날개 길이를 변경해 가며 날개 길이와 피치각에 따른 임펠러의 성능을 실험젹으로 고찰 하였다.
제안 방법
- 정확한 풍량 계산을 위해서 압력(정압, 차압)과 온도를 측정 하였고 노즐 차압을 이용하여 풍량을 측정하였다. 모터에 인가되는 전력은 YOKOGAWA (WT-1600) 전력계를 사용해서 측정하였으며, 모터 회전수는 Inverter를 이용해서 정확히 제어 하였으며 교정된 스트로브 스코프로 재차 확인 하였다. 계측된 압력, 온도, 전력은 YOKOGAWA (MX-100) 데이터 취득 장치를 통해서 컴퓨터로 보내져 계산 되었다.
- 본 연구에서는 축류팬의 회전수는 1780 rpm, 피치각은 20°에서 45°까지 5°간격 변경해서 정압 변경에 따른 성능 및 소음특성에 관하여 시험을 수행 하였다.
- 본 연구에서는 피치각 가변형 축류팬의 성능(정압별 풍량, 소비전력)과 소음특성을 실험에 의하여 구하였다. 피치각은 20°∼45°로 5° 간격으로 6개의 각도를 변화시켜 가면서 측정 하였고 팬 날개는 동일한 에어포일 형상으로 길이는 80 mm, 90 mm, 100 mm, 110 mm, 120 mm로 변경하여 실험을 수행하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 정압 및 차압의 측정은 사각 덕트의 네곳에 압력 측정용 홀을 가공해 한곳으로 모아 측정하였으며 공기측 온도 측정에는 정밀도 ±0.01℃의 교정된 PT-100Ω 센서를 장착한 공기 취득 장치를 이용해 건구 온도와 습구 온도를 측정하였다.
- 01℃의 교정된 PT-100Ω 센서를 장착한 공기 취득 장치를 이용해 건구 온도와 습구 온도를 측정하였다. 정확한 풍량 계산을 위해서 압력(정압, 차압)과 온도를 측정 하였고 노즐 차압을 이용하여 풍량을 측정하였다. 모터에 인가되는 전력은 YOKOGAWA (WT-1600) 전력계를 사용해서 측정하였으며, 모터 회전수는 Inverter를 이용해서 정확히 제어 하였으며 교정된 스트로브 스코프로 재차 확인 하였다.
- 3과 같이 설치 하였다. 팬 동력은 Fan-Dynamometer를 이용하였고 팬 회전수는 Inverter를 사용하여 정확히 제어 하였다. 팬의 풍량은 노즐부의 단면적에 통과풍속을 곱한 값으로 나타내고, 팬 효율은 측정된 공기동력에 소비전력을 나눈 값으로 구할 수 있다.
- 본 연구에서는 축류팬의 회전수는 1780 rpm, 피치각은 20°에서 45°까지 5°간격 변경해서 정압 변경에 따른 성능 및 소음특성에 관하여 시험을 수행 하였다. 팬날개 길이는 동일한 에어포일 형상의 날개로 80, 90, 100, 110, 120mm의 5종을 가공해서 측정 하였다.
- 피치각은 20°∼45°로 5° 간격으로 6개의 각도를 변화시켜 가면서 측정 하였고 팬 날개는 동일한 에어포일 형상으로 길이는 80 mm, 90 mm, 100 mm, 110 mm, 120 mm로 변경하여 실험을 수행하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 임펠러의 정면도와 측면도 및 날개의 세부 형상을 Fig. 1과 Table 1에 나타내었다. 임펠러는 허브와 날개로 구성되어 있고 날개의 끝단을 팁이라 한다.
- 2에 나타내었다. 실험장치는 사각형의 덕트 형태로 구성되어 있고 풍량 측정에 사용된 노즐은 ASHRAE 노즐을 사용 하였다. 정압 및 차압의 측정은 사각 덕트의 네곳에 압력 측정용 홀을 가공해 한곳으로 모아 측정하였으며 공기측 온도 측정에는 정밀도 ±0.
- 축류팬의 풍량 측정을 위한 실험장치는 KS B 6311[13]에 규정 되어진 복합노즐 방식의 실험장치로 Fig. 2에 나타내었다. 실험장치는 사각형의 덕트 형태로 구성되어 있고 풍량 측정에 사용된 노즐은 ASHRAE 노즐을 사용 하였다.
데이터처리
- 모터에 인가되는 전력은 YOKOGAWA (WT-1600) 전력계를 사용해서 측정하였으며, 모터 회전수는 Inverter를 이용해서 정확히 제어 하였으며 교정된 스트로브 스코프로 재차 확인 하였다. 계측된 압력, 온도, 전력은 YOKOGAWA (MX-100) 데이터 취득 장치를 통해서 컴퓨터로 보내져 계산 되었다. 모든 물성값 계산은 KS B 6311에 제시된 식을 이용하여 계산하였다.
이론/모형
- 계측된 압력, 온도, 전력은 YOKOGAWA (MX-100) 데이터 취득 장치를 통해서 컴퓨터로 보내져 계산 되었다. 모든 물성값 계산은 KS B 6311에 제시된 식을 이용하여 계산하였다. 실험의 오차해석을 ANSI/ASHRAE 37[14]에 따라 수행 하였는데 공기측 풍량 측정의 오차는 ±0.
- 실험의 오차해석을 ANSI/ASHRAE 37[14]에 따라 수행 하였는데 공기측 풍량 측정의 오차는 ±0.5% 이내로 나타났다.
- 5% 이내로 나타났다. 팬의 소음 측정은 KS B 6311의 시험 방법으로 암소음 20dB의 반무향실(Anechoic chamber)에서 측정하였으며 Fig. 3과 같이 설치 하였다. 팬 동력은 Fan-Dynamometer를 이용하였고 팬 회전수는 Inverter를 사용하여 정확히 제어 하였다.
성능/효과
- 1. 축류팬의 정압별 풍량은 피치각이 커질수록 선형적으로 증가 하였으나 특정 피치각 35°를 기점으로 정압이 높은 영역에서 역전되는 현상이 발생하였다.
- 2. 모든 날개 길이에서 피치각이 증가하면 축동력이 비례적으로 증가하였는데 피치각이 클수록 증가폭이 크게 측정되었다. 이는 피치각이 클수록 팬 전방의 항력이 크게 발생하기 때문인 것으로 판단된다.
- 3. 본 연구에서 고려한 축류팬의 경우 피치각이 30° 이하일 때까지 유량 및 정압 상승량이 증가 하지만 35° 이상에서는 갑작스럽게 감소하는 것으로 나타났다.
- 4. 팬의 블레이드 길이변화에 따른 피치 각별 소음 특성을 나타내고 있는데 피치각이 증가하면 소음값도 증가하고 동일한 피치각에서는 블레이드 길이가 증가할 때 소음 값도 같이 증가하는 것을 관찰 할 수 있었다.
- 모든 날개 길이에서 피치각이 증가하면 축동력이 증가하는 것을 확인 할 수 있고 풍량이 증가하면 축동력이 감소하는 전형적인 축류팬의 성능곡선을 볼 수 있었다. 날개 길이에 대한 영향을 보면 동일한 피치각에서 날개 길이가 길어 질수록 축동력이 비례적으로 증가하였는데 피치각이 클수록 증가폭이 크게 측정되었다. 이는 피치각이 클수록 항력이 크게 발생하기 때문인 것으로 판단된다.
- 15는 날개 길이에 따른 팬의 축동력을 나타낸 그래프이다. 모든 날개 길이에서 피치각이 증가하면 축동력이 증가하는 것을 확인 할 수 있고 풍량이 증가하면 축동력이 감소하는 전형적인 축류팬의 성능곡선을 볼 수 있었다. 날개 길이에 대한 영향을 보면 동일한 피치각에서 날개 길이가 길어 질수록 축동력이 비례적으로 증가하였는데 피치각이 클수록 증가폭이 크게 측정되었다.
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