[논문]무선진공청소기 팬 모터 단품의 유량성능 향상과 공력소음 저감을 위한 임펠라 최적설계

김건우; 유서윤; 정철웅; 서성진; 장철민

doi:10.7776/ask.2020.39.5.379

무선진공청소기 팬 모터 단품의 유량성능 향상과 공력소음 저감을 위한 임펠라 최적설계
Optimal design of impeller in fan motor unit of cordless vacuum cleaner for improving flow performance and reducing aerodynamic noise 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.39 no.5, 2020년, pp.379 - 389

김건우 (부산대학교 스마트융합공학부) , 유서윤 (부산대학교 기계공학부) , 정철웅 (부산대학교 기계공학부) , 서성진 (LG 전자) , 장철민 (LG 전자)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 무선진공청소기용 팬 모터 단품의 유량 및 소음성능을 향상시키기 위하여 무선청소기 유로를 통하여 공기를 흡입하는 임펠라에 대한 최적설계를 수행하였다. 우선, 팬 모터 단품, 특히 임펠라의 유동장을 분석하기 위하여 비정상, 비압축성 Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)에 기초하여 해석하였다. 예측한 유동장 정보를 입력값으로 Ffowcs-Williams and Hawkings(FW-H) 방정식을 사용하여 임펠라로부터 방사되는 소음을 수치적으로 예측하였다. 유량과 소음에 대한 수치해석 결과를 실험을 통해 측정한 팬 모터 단품의 P-Q 곡선과 음압 스펙트럼과 비교하여 사용한 수치방법의 유효성을 확인하였다. 수치해석결과로부터 임펠라 날개의 코드방향 중간부분의 급격한 곡률 변화로 인하여 강한 와류가 형성되는 것을 확인하였다. 와류는 유동에는 손실로 소음에는 소음원으로 작용하기 때문에 기존의 임펠라를 재설계하여 와류를 개선하고자 하였다. 2인자 반응표면방법을 사용하여 최대유량과 최소소음을 나타내는 입·출구 뒷젖힘각(sweep angle)을 결정하였다. 최종 선정된 설계안에 대한 추가 해석을 통하여 유량성능과 소음성능이 개선됨을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the flow and noise performances of high-speed fan motor unit for cordless vacuum cleaner is improved by optimizing the impeller which drives the suction air through flow passage of the cordless vacuum cleaner. Firstly, the unsteady incompressible Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations are solved to investigate the flow through the fan motor unit using the computational fluid dynamics techniques. Based on flow field results, the Ffowcs-Williams and Hawkings (FW-H) integral equation is used to predict flow noise radiated from the impeller. Predicted results are compared to the measured ones, which confirms the validity of the numerical method used. It is found that the strong vortex is formed around the mid-chord region of the main blades where the blade curvature change rapidly. Given that vortex acts as a loss for flow and a noise source for noise, impeller blade is redesigned to suppress the identified vortex. The response surface method using two factors is employed to determine the optimum inlet and outlet sweep angles for maximum flow rate and minimum noise. Further analysis of finally selected design confirms the improved flow and noise performance.

주제어

표/그림 (24)

그림 Fig. 1. (Color available online) (a) Fan motor unit (b) target impeller for cordless vacuum cleaner.
그림 Fig. 2. (Color available online) Fan performance tester.
그림 Fig. 3. (Color available online) (a) Integral surfaces of fan motor unit for FW-H integral equation (b) Computational domain for CFD.
그림 Fig. 4. (Color available online) Result of grid refinement study.
그림 Fig. 5. (Color available online) Validation of flow performance.
그림 Fig. 6. (Color available online) Iso-contour of vor-ticity magnitude on impeller.
그림 Fig. 7. (Color available online) Iso-contour of vor-ticity magnitude on impeller.
그림 Fig. 8. (Color available online) Virtual planes through the flow path.
그림 Fig. 9. (Color available online) Distribution of vorticity magnitude (span 25 %/50 %/75 %).
그림 Fig. 10. (Color available online) Distribution of vorticity magnitude (span 25 %/ 50 %/75 %).
그림 Fig. 11. (Color available online) Distribution of vorticity magnitude (chord 25 %/50 %/75 %).
그림 Fig. 12. (Color available online) Validation of noise performance.
그림 Fig. 13. (Color available online) Control points to draw Bezier curve of shroud.
그림 Fig. 14. (Color available online) Comparison of original (grey) & optimized (red) impeller blade for flow performance.
그림 Fig. 15. (Color available online) Comparison of axial velocity.
표 Table 1. Ranges of each design variables which defines inlet & outlet sweep angle.
표 Table 2. Levels of each design variables which defines inlet & outlet sweep angle.
그림 Fig. 16. (Color available online) Comparison of radial velocity.
그림 Fig. 17. (Color available online) Comparison of velocity magnitude.
그림 Fig. 18. (Color available online) Comparison of original (grey) & optimized (orange) impeller blade for noise performance.
그림 Fig. 19. (Color available online) Comparison of noise spectrum.
그림 Fig. 20. (Color available online) Comparison of vorticity magnitude (a) span 50 % (b) chord 25 %/50 %/75 %.
그림 Fig. 21. (Color available online) Comparison of vorticity magnitude.
그림 Fig. 22. (Color available online) Comparison of isocontour of vorticity magnitude.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

3(b)에 나타낸 것과 같다. 또한, 실제 실험 환경과 동일하게 압력 경계조건을 입구 및 출구 면에 부여하여 압력 저항에 따른 유량 성능의 변화를 예측하고자 하였다.
본 논문에서는 고속으로 회전하는 무선 진공청소기용 팬 모터 단품의 유량 성능과 소음 성능을 개선하기 위한 최적 설계 방향을 제시하였다. 먼저 팬 성능 시험기와 무향실에서 대상 팬 모터의 유량과 소음성능을 실험적으로 평가하였다.
본 논문에서는 무선진공청소기 내부에 위치한 팬 모터 단품의 유량성능과 소음성능을 수치 및 실험적으로 분석하고 반응표면분석법의 2인자 중심 합성 계획법을 이용하여 임펠라를 최적 설계하였다. Shin et al.
본 연구에서는 유량 및 소음성능을 개선하기 위하여 반응표면분석법의 2인자 중심 합성 계획법을 이용하여 임펠라를 최적설계 하였다. 유량(Volume flow rate[CMM])과 음압(Acoustic pressure[Pa])을 반응 변수로 설정하여 반응 변화에 따른 반응 표면을 각각 분석하여 최적 설계 인자를 찾았다.
본 연구에서는 임펠라의 유량 및 소음 성능을 수치적으로 분석하고 예측하기 위하여 비정상 RANS 방정식을 전산유체역학(Computational Fluid Dyanamics, CFD)에 기초하여 해석하였다. 본 연구에서는 상용 프로그램인 ANSYS fluent를 사용하여 수치 해석을 수행하였다.
본 절에서는 대상 팬 모터 단품의 소음 성능을 실험적으로 분석하였다. 소음 실험은 반무향실에서 진행하였다.

제안 방법

1절에서 설명한 Eq. (3)의 FW-H 방정식을 이용하여 팬 모터 단품으로부터 방사되는 소음레벨을 분석하였다. Fig.
2절에서는 연구대상인 팬 모터 단품의 유량 성능과 소음성능을 실험적으로 분석하였고 3절에서는 수치해석 결과와 실험 결과와의 비교를 통해 수치해석 방법의 유효성을 판단하고 팬 모터 단품을 수치적으로 분석하였다. 마지막으로 4절에서는 임펠라 최적설계를 수행하였다.
Heo et al.^[2]은 H-CAA 방법을 이용하여 기존 원심팬의 날개 뒷전 형상을 S자 모양으로 변경하여 저소음 팬을 개발하였다. 이러한 연구들을 통하여 팬의 날개통과주파수(Blade Passing Frequency, BPF) 소음을 예측함에 있어 H-CAA 방법이 신뢰성이 있음을 확인하였다.
각 모델에 대하여 3.1절에서 설명한 수치기법에 기초하여 수치해석을 진행하였다. 최적설계를 통해 유량에 따른 회귀방정식을 도출하였다.
임펠라 날개 주변에서 강력한 와류가 발생함을 확인할 수 있다. 날개의 급격한 곡률 변화가 발생하는 위치에서 강한 와류가 발생하는 것으로 판단되며, 이에 따라 이 와류의 정확한 위치와 크기를 확인하기 위하여 Fig. 8에서 임펠라 날개 스팬의 각각 25 % / 50 % / 75 %의 위치의 평면과 코드 길이 25 % / 50 % / 75 %에 해당하는 평면을 가상으로 만들어 각 평면에서의 와류크기를 평균하였다. 그 결과 Fig.
먼저 팬 성능 시험기와 무향실에서 대상 팬 모터의 유량과 소음성능을 실험적으로 평가하였다. 다음으로 가상 팬 성능시험기와 FW-H방정식을 기반으로 유량과 소음을 예측하고 예측결과와 측정결과와의 비교를 통하여 수치방법의 유효성을 확보하였다. 유효성이 판단된 수치 기법을 기반으로 반응표면분석법의 2인자 중심 합성 계획법을 이용하여 최적설계를 하였다.
대상이 되는 팬 모터 단품의 유량 성능을 실험적으로 평가하기 위하여 팬 성능 시험기를 이용하였다. Fig.
일반적으로 회전체가 고속으로 회전함에 따라 진동소음보다 유동소음이 주요하게 작용하고 무선진공청소기의 여러 요소 중 기계적 에너지를 유체에 직접 전달하는 임펠라에서 주요한 유동소음이 발생할 것으로 판단된다. 따라서, 임펠라를 포함한 팬 모터 단품을 대상으로 유량과 소음 성능을 실험적으로 평가하였다.
난류 모델로 Shear Stress Transport(SST) k-ω 모델을 사용하였다. 또한, 유동 해석 결과를 기반으로 소음 해석을 진행하였다. 다음으로 Ffowcs-Williams and Hawkings(FW-H) 모델을 이용하여 유동소음원에 대한 분석을 실시하였다.
유량(Volume flow rate[CMM])과 음압(Acoustic pressure[Pa])을 반응 변수로 설정하여 반응 변화에 따른 반응 표면을 각각 분석하여 최적 설계 인자를 찾았다. 또한, 임펠라 쉬라우드쪽 날개의 입구-뒷젖힘각과 출구 뒷젖힘각을 설계변수로 선정하였다.
8 % 개선되었고, 소음 성능을 최적화한 모델에서는 기존 대비 소음 성능이 3 dBA 개선되었다. 또한, 최적화 된 모델을 수치적으로 분석하여 각 설계인자가 반응 변수에 미치는 영향을 확인하였다.
본 논문에서는 고속으로 회전하는 무선 진공청소기용 팬 모터 단품의 유량 성능과 소음 성능을 개선하기 위한 최적 설계 방향을 제시하였다. 먼저 팬 성능 시험기와 무향실에서 대상 팬 모터의 유량과 소음성능을 실험적으로 평가하였다. 다음으로 가상 팬 성능시험기와 FW-H방정식을 기반으로 유량과 소음을 예측하고 예측결과와 측정결과와의 비교를 통하여 수치방법의 유효성을 확보하였다.
2절에서 설명한 팬 성능 시험기를 이용하여 임펠라를 포함한 팬 모터 단품의 유량을 측정하였다. 무부하 상태, 작동점 그리고 중간 지점에서의 실험결과를 수치 해석 결과와 각각 비교하였다.
본 연구에서는 실험 환경을 모사하여 수치 해석의 정확도를 높이고자 가상 팬 테스터를 설계하여 수치 해석 도매인으로 사용하였다. 설계된 가상 팬 테스터는 Fig.
팬 성능 시험기를 사용하여 팬 모터 단품의 유량 성능을 확인할 수 있는 P-Q곡선을 도출 하였다. 선행연구^[14]를 기반으로 시스템 저항곡선과 측정된 P-Q곡선을 이용하여 팬 모터 단품의 작동점을 확인하였다.
수치 해석의 효율성을 고려하여 격자 미세화 연구를 수행하였다. 그 결과는 Fig.
실험을 통해 측정한 팬 모터 단품의 유량성능을 수치 해석 결과와 비교하여 본 연구에서 사용한 수치기법 및 해석 도매인의 유효성을 검증하였다.
유량 성능은 2.2절에서 설명한 팬 성능 시험기를 이용하여 임펠라를 포함한 팬 모터 단품의 유량을 측정하였다. 무부하 상태, 작동점 그리고 중간 지점에서의 실험결과를 수치 해석 결과와 각각 비교하였다.
본 연구에서는 유량 및 소음성능을 개선하기 위하여 반응표면분석법의 2인자 중심 합성 계획법을 이용하여 임펠라를 최적설계 하였다. 유량(Volume flow rate[CMM])과 음압(Acoustic pressure[Pa])을 반응 변수로 설정하여 반응 변화에 따른 반응 표면을 각각 분석하여 최적 설계 인자를 찾았다. 또한, 임펠라 쉬라우드쪽 날개의 입구-뒷젖힘각과 출구 뒷젖힘각을 설계변수로 선정하였다.
유효성을 검증한 수치기법을 기반으로 작용점에서의 기존 팬 모터 단품에 대한 수치해석을 진행하였다. 유량에는 손실로, 소음에는 소음원으로 작용하는 주요한 인자인 와류의 분포를 Fig.
다음으로 가상 팬 성능시험기와 FW-H방정식을 기반으로 유량과 소음을 예측하고 예측결과와 측정결과와의 비교를 통하여 수치방법의 유효성을 확보하였다. 유효성이 판단된 수치 기법을 기반으로 반응표면분석법의 2인자 중심 합성 계획법을 이용하여 최적설계를 하였다. 입구 뒷젖힘각과 출구 뒷젖힘각을 설계변수로 하고 유량 성능과 소음 성능을 반응 변수로 하여 각각의 반응변수에 따른 최적 설계인자를 도출하였다.
임펠라 날개와 날개 사이의 각도가 PI(°)일 때 구조물과 임펠라의 형상을 고려하여 각 조정점에서 ±PI/8(°)로 범위를 설정하였다.
유효성이 판단된 수치 기법을 기반으로 반응표면분석법의 2인자 중심 합성 계획법을 이용하여 최적설계를 하였다. 입구 뒷젖힘각과 출구 뒷젖힘각을 설계변수로 하고 유량 성능과 소음 성능을 반응 변수로 하여 각각의 반응변수에 따른 최적 설계인자를 도출하였다. 그 결과 유량 성능을 최적화 한 모델에서는 기존 대비 유량 성능이 6.
팬 모터 단품 내부에서 임펠라가 고속으로 회전하며 공기를 흡입하고 배기시킨다. 작동 조건 중 최대 회전 속도인 84,000 r/min을 기준으로 유량과 소음 성능을 실험적으로 평가하였다. 팬 모터 단품 내부에 있는 임펠라의 형상은 Fig.
3(a)에 나타내었다. 적분면은 선행연구^[15]를 기반으로 하여 대상 팬 모터 단품을 포함하는 충분히 큰 구형으로 설정하였으며, 흡입 유동과 토출 유동을 모두 고려하기 위하여 팬 모터 단품 전, 후면으로 총 2개의 적분면으로 구성하였다. 흡입 유동 쪽 적분면의 반지름은 임펠라 반지름의 약 2배이다.
1절에서 설명한 수치기법에 기초하여 수치해석을 진행하였다. 최적설계를 통해 유량에 따른 회귀방정식을 도출하였다. 유량은 θ_A =- 4.
다음은 소음 성능을 개선하는 모델에 대한 분석이다. 최적설계를 통해 음압에 따른 회귀방정식을 도출하였다. θ_A =- 2.
팬 성능 시험기를 사용하여 팬 모터 단품의 유량 성능을 확인할 수 있는 P-Q곡선을 도출 하였다. 선행연구^[14]를 기반으로 시스템 저항곡선과 측정된 P-Q곡선을 이용하여 팬 모터 단품의 작동점을 확인하였다.
12에 예측된 음압레벨을 도시하였다. 회전속도에 따른 날개 통과 주파수와 가청 주파수를 고려하여 20000 Hz까지를 관심주파수로 설정하였다. 예측된 전체음압레벨은 실험에서 측정된 값보다 약 8 dBA 낮게 예측되었지만 음압레벨의 전체적인 분포는 측정된 값과 비슷한 경향을 보였다.

대상 데이터

수치 해석의 효율성을 고려하여 격자 미세화 연구를 수행하였다. 그 결과는 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 약 4000만개의 격자를 사용한 계산결과와 6000만개의 격자와 유사한 결과를 나타내어, 수치 비용을 고려하여 이후 모든 유동해석을 4000만개 격자를 사용하여 수행하였다. 본 해석은 XEON E5-2690 CPU를 기반으로 28개의 코어를 병렬화하여 사용하여, 유동해석과 소음해석을 포함한 전체 해석시간은 평균적으로 96 h 소요되었다.
마이크로폰은 B&K 4189 타입을 사용하였고, 측정 전 1 kHz에서 94 dB의 순음신호를 이용하여 마이크로폰을 교정하였다.
본 절에서는 대상 팬 모터 단품의 소음 성능을 실험적으로 분석하였다. 소음 실험은 반무향실에서 진행하였다. 반무향실의 크기는 4 m × 4 m × 2.

데이터처리

본 연구에서는 임펠라의 유량 및 소음 성능을 수치적으로 분석하고 예측하기 위하여 비정상 RANS 방정식을 전산유체역학(Computational Fluid Dyanamics, CFD)에 기초하여 해석하였다. 본 연구에서는 상용 프로그램인 ANSYS fluent를 사용하여 수치 해석을 수행하였다. 유동 해석을 위해 사용한 지배 방정식^[6]을 아래에 나타내었으며

이론/모형

[1]은 가정용 냉장고의 원심팬에서 발생하는 내부 공력소음을 예측하기 위하여 복합전산음향학(Hybrid computational aeroacoustics, H-CAA) 방법을 사용하였다. Heo et al.
^[7]과 Choi et al.^[8]에 의해 사용된 수치 해석 방법과 최적화 과정을 본 논문에서 활용하였으며, 비슷한 형상의 임펠라에 대한 선행연구^[10-13]들을 기반으로 무선진공청소기에 사용되는 임펠라 형상을 최적 설계 변수 설정에 참고하였다.
난류 모델로 Shear Stress Transport(SST) k-ω 모델을 사용하였다.
또한, 유동 해석 결과를 기반으로 소음 해석을 진행하였다. 다음으로 Ffowcs-Williams and Hawkings(FW-H) 모델을 이용하여 유동소음원에 대한 분석을 실시하였다. FW-H 모델의 식^[15]은 다음과 같다.
임펠라의 쉬라우드를 자오면 곡선길이에 따른 원주각으로 곡선으로 표현하기 위하여 베지어 곡선(Bezier curve)을 사용하였다. 입구 뒷젖힘각을 나타내는 첫 번째 조정점(Point A)과 출구 뒷젖힘각을 나타내는 마지막 조정점(Point B)을 포함하여 총 5개의 조정점으로 베지어 곡선으로 표현하였다.

성능/효과

125 Hz이고 A가중 등가레벨을 적용하여 나타내었다. 1400 Hz, 2800 Hz, 12600 Hz의 주파수 영역에서 큰 피크 값을 확인 할 수 있었다. 1400 Hz와 2800 Hz는 임펠라 회전속도에 따른 1차, 2차 회전주파수이므로 모터의 회전 불균형에 의한 피크인 것으로 사료된다.
3.3절에 따르면 스팬 방향의 50 % 평면 r/R = 0.48에서에서 와류의 강도가 가장 크게 확인되었다. Fig.
일반적으로 회전속도의 변화율에 따른 유량의 변화율 보다 음향에너지의 변화율이 훨씬 더 민감하다.^[3]따라서 소음성능이 개선된 만큼 임펠라의 회전속도를 변화시켜 유량성능을 상사시킨다면, 최적설계 된 임펠라의 유량성능 및 소음성능이 모두 향상되었다고 판단할 수 있다.
9는 임펠라 반경길이를 R이라고 하였을 때 스팬방향 평면 위치에서의 와류 강도를 나타낸 것이다. 각 75 %, 50 %, 25 % 스팬 면 위에서 차례대로 r/R = 0.4, 0.5, 0.6 부근에서 큰 와류가 발생하고 이는 그 위치에서 유동 박리가 일어나고, 박리된 유동을 따라 이동하고 있음을 확인 할 수 있었다. 이 때의 와류 움직임을 Fig.
5에 나타나 있는 것과 같다. 각 지점에서의 오차는 약 14 % ~ 15 %이며, 수치해석 결과가 실험 결과에 비해서 동일 압력에서 높은 유량을 예측하는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 이는 일부 격자모델링을 통하여 일부 유로 구조를 단순화 한 것에 기인하는 것으로 판단된다.
입구 뒷젖힘각과 출구 뒷젖힘각을 설계변수로 하고 유량 성능과 소음 성능을 반응 변수로 하여 각각의 반응변수에 따른 최적 설계인자를 도출하였다. 그 결과 유량 성능을 최적화 한 모델에서는 기존 대비 유량 성능이 6.8 % 개선되었고, 소음 성능을 최적화한 모델에서는 기존 대비 소음 성능이 3 dBA 개선되었다. 또한, 최적화 된 모델을 수치적으로 분석하여 각 설계인자가 반응 변수에 미치는 영향을 확인하였다.
16은 임펠라 토출부에서의 반지름 방향 속력을 나타낸 그림이다. 기존 모델 보다 토출되는 반지름 방향 유속은 약 5.8 % 증가하였다. 출구 뒷젖힘각이 기존 모델보다 회전 방향, 즉 날개 압력면 쪽으로 더 기울어지면 기울어질수록 유량 성능이 증가하는 것으로 확인되었다.
20(b)와 21은 임펠라 코드 길이의 25 %, 50 %, 75 % 부근에서의 와류 크기를 비교한 것이다. 기존 모델보다 개선 모델에서 와류의 강도가 전체적으로 작아진 것을 확인할 수 있었다. 또한, 3.
기존 모델보다 개선 모델에서 와류의 강도가 전체적으로 작아진 것을 확인할 수 있었다. 또한, 3.3절에서 코드 길이의 25 %부근에서 와류 강도가 가장 큰 것으로 분석하였는데, 개선 모델에서 25 % 부근의 와류 강도가 약 16 % 감소하였다. 개선 모델에서 상대적으로 소멸된 와류 분포를 Fig.
4에 나타낸 바와 같이 약 4000만개의 격자를 사용한 계산결과와 6000만개의 격자와 유사한 결과를 나타내어, 수치 비용을 고려하여 이후 모든 유동해석을 4000만개 격자를 사용하여 수행하였다. 본 해석은 XEON E5-2690 CPU를 기반으로 28개의 코어를 병렬화하여 사용하여, 유동해석과 소음해석을 포함한 전체 해석시간은 평균적으로 96 h 소요되었다.
실험적으로 측정된 음압레벨의 분포를 통해 대상 팬 모터 단품의 소음 수준을 확인할 수 있었다. 측정된 주파수의 간격은 3.
유량성능 개선모델과 소음성능 개선모델을 비교하였을 때 출구 뒷젖힘각이 회전반대 방향으로 기울어지면 와류의 분포가 개선되어 소음성능이 개선되는 것을 확인 할 수 있었다.
^[2]은 H-CAA 방법을 이용하여 기존 원심팬의 날개 뒷전 형상을 S자 모양으로 변경하여 저소음 팬을 개발하였다. 이러한 연구들을 통하여 팬의 날개통과주파수(Blade Passing Frequency, BPF) 소음을 예측함에 있어 H-CAA 방법이 신뢰성이 있음을 확인하였다. 또한, Heo et al.
이렇게 도출된 설계인자를 적용하였을 때 팬 모터 단품의 유량성능은 1.9 % 감소하였지만 소음 성능은 기존 모델보다 3.5 dBA 개선되었다. 기존 모델과 개선 모델의 음압레벨 분포를 Fig.
20(a)는 스팬 방향 50 % 평면에서의 와류 크기를 비교한 그림이다. 임펠라의 0.48 R 위치에서 와류의 강도가 기존 모델에 비해 작아졌으며, 유동이 박리되는 현상도 비교적 적어졌다.
2 % 증가하였다. 입구 뒷젖힘각이 회전 반대 방향, 즉 날개 흡입면 쪽으로 기울어지면 임펠라 입구 쪽으로 더 많은 유동을 끌어올 수 있음을 확인 할 수 있었다.
15는 임펠라 입구부에서 축 방향 속력을 나타내었다. 축 방향 속력은 기존 모델보다 약 3.2 % 증가하였다. 입구 뒷젖힘각이 회전 반대 방향, 즉 날개 흡입면 쪽으로 기울어지면 임펠라 입구 쪽으로 더 많은 유동을 끌어올 수 있음을 확인 할 수 있었다.
8 % 증가하였다. 출구 뒷젖힘각이 기존 모델보다 회전 방향, 즉 날개 압력면 쪽으로 더 기울어지면 기울어질수록 유량 성능이 증가하는 것으로 확인되었다.

후속연구

이러한 팬 모터 단품의 유동장 분석을 통해 현재 작동 조건에서 임펠라 날개 위에서 유동박리가 발생하고 이러한 유동박리에 따른 와류가 주요한 유동소음원은 작용할 것으로 판단된다. 이러한 유동 박리의 개선을 통해서 유량과 소음성능을 개선할 수 있을 것으로 사료된다.
이후 최적설계안을 바탕으로 시제품을 제작하고 실험검증을 통하여 설계안에 대한 유효성을 확인할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무선진공청소기의 팬은 유입되는 유동과 토출되는 유동의 상대적인 각도에 따라 어떻게 분류할 수 있는가?	무선진공청소기의 유량 성능과 소음 성능은 소비자의 중요한 구매지표이기 때문에 관련 제조업체에서는 무선진공청소기의 고성능, 저소음 팬을 개발하여 이러한 성능개선에 큰 노력을 기울이고 있다. 팬은 유입되는 유동과 토출되는 유동의 상대적인 각도에 따라 크게 축류팬, 원심팬, 사류팬으로 분류할 수 있다.
	무선진공청소기의 경우 어떤 팬을 많이 사용하는가?	원심팬은 고압 영역에서 축류팬은 저압 영역에서 주로 사용된다. 무선진공청소기의 경우 고압, 고유량 특성으로 인하여 원심팬과 축류팬의 특성을 모두 지닌 사류팬을 많이 사용하고 있다.
	축류팬과 원심팬은 각각 어떤 영역에서 사용되는가?	이상의 연구들은 모두 모두 축류팬과 원심팬에 국한되어 있다. 원심팬은 고압 영역에서 축류팬은 저압 영역에서 주로 사용된다. 무선진공청소기의 경우 고압, 고유량 특성으로 인하여 원심팬과 축류팬의 특성을 모두 지닌 사류팬을 많이 사용하고 있다.

참고문헌 (15)

S. Lee, S. Heo, and C. Cheong, "Prediction and reduction of internal blade-passing frequency noise of the centrifugal fan in a refrigerator," IJR. 33, 1129-1141 (2010).
S. Heo, C. Cheong, and T. H. Kim, "Development of low-noise centrifugal fans for a refrigerator using inclined S-shaped trailing edge," IJR. 34, 2076-2091 (2011).
S. Heo, C. Cheong, and T. Kim, "Unsteady fast random particle mesh method for efficient prediction of tonal and broadband noises of a centrifugal fan unit," AIP Advances, 5, 097133 (2015).

상세보기
S. Heo, M. Ha, T. H. Kim, and C. Cheong, "Development of high-performance and low-noise axial-flow fan units in their local operating region," JMST. 29, 3653-3662 (2015).
G. Ren, S. Heo, T. H. Kim, and C. Cheong, "Response surface method-based optimization of the shroud of an axial cooling fan for high performance and low noise," JMST. 27, 33-42 (2013).
S. M. Park, S. Y. Ryu, C. Cheong, J. W. Kim, B. I. Park, Y. C. Ahn, and S. K. Oh, "Optimization of the orifice shape of cooling fan units for high flow rate and low-level noise in outdoor air conditioning units," Applied Sciences, 9, 5207 (2019).
D. Shin, S. Y. Ryu, C. Cheong, T. H. Kim, and J. Jung, "Development of high-performance/low-noise centrifugal fan circulating cold air inside a household refrigerator by reduction of vortex flow" (in Korean), Trans. Korean Soc. Noise Vib. Eng. 26, 428-435 (2016).
J. Choi, S. Y. Ryu, C. Cheong, M. K. Kim, and K. Lee, "Blade shape optimization of centrifugal fan for improving performance and reducing aerodynamic noise of clothes dryer" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 38, 321-327 (2019).
I. H. Son, Y. Noh, E. H. Choi, J. Y. Choi, Y. J. Ji, and K. Lim, "Optimization of the flow path efficiency in a vacuum cleaner fan," SV. JME. 64, 258-268 (2018).
W. Jansen and A. M. Kirschner, "Impeller blade design method for centrifugal compressors," Proc. Symposium on Fluid Mechanics, NASA-SP-304, 537-563 (1967).
E. I. G. Velasquez, M. A. R. Nascimento, R. A. M. Carrillo, and N. R. Moura, "One and three-dimensional analysis of centrifugal compressor for 600 kW simple cycle gas turbine engine," Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. 44007, 471-476 (2010).
J. Zhang, C. Xu, Y. Zhang, and X. Zhou, "Quasi-3D hydraulic design in the application of an LNG cryogenic submerged pump," J.NGE. 29, 89-100 (2016).
S. Y. Cho, Y. D. Lee, K. Y. Ahn, and Y. C. Kim, "A study on the design method to optimize an impeller of centrifugal compressor" (in Korean), The KSFM j. Fluid Machinery, 16, 11-16 (2013).
C. H. Park, K. H. Park, and K. S. Chang, "Systemlevel analysis of a fan-motor assembly for vacuum cleaner" (in Korean), The KSFM j. Fluid Machinery, 20, 5-14 (2017).
A. S. Lyrintzis, "Surface integral methods in computational aeroacoustics-From the (CFD) near-field to the (Acoustic) far-field," Int. J. Aeroacoustic, 2, 95-128 (2003).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증