[논문]익형 형상 재설계를 통한 후향익 원심팬의 유동 및 소음성능 개선

정민승; 최진호; 유서윤; 정철웅; 김태훈; 구준효

doi:10.7776/ask.2021.40.6.555

익형 형상 재설계를 통한 후향익 원심팬의 유동 및 소음성능 개선
Improvement in flow and noise performance of backward centrifugal fan by redesigning airfoil geometry 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.40 no.6, 2021년, pp.555 - 565

정민승 (부산대학교 기계공학) , 최진호 (LG전자) , 유서윤 (부산대학교 기계공학) , 정철웅 (부산대학교 기계공학) , 김태훈 (LG전자) , 구준효 (LG전자)

초록
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본 연구의 목표는 냉장고 냉동실 냉기순환용으로 사용되는 후향익 원심팬 시스템을 대상으로 익형의 형상을 최적설계 하여 유동성능 및 소음성능을 향상시키는 것이다. 대상 시스템은 전형적인 원심팬 시스템에서 사용되는 스크롤 하우징 형상 없이 두 개의 Volute가 후면 덕트 시스템과 연계하여 냉기를 공급한다는 특성을 가지고 있다. 먼저 팬 시스템의 유동 및 소음성능을 실험적으로 평가하였다. 유동실험에서 팬 성능 시험기를 사용하여 P-Q 곡선을 도출할 수 있었으며, 무향실에서 소음실험을 통해 소음 스펙트럼을 측정하였다. 다음으로, 3차원 비정상 Navier-Stokes 방정식을 전산유체역학을 사용하여 수치해석하여 유동 특성을 분석하였으며, 예측한 유동장을 입력값으로 Ffowcs Willams-Hawkings방정식을 이용해 소음해석을 수행하였다. 수치해석결과는 실험 결과와 비교를 통해 그 유효성을 검증하였다. 검증된 수치해석 기법을 기반으로 반응표면법의 2인자 중심합성법을 통해 유량이 최대가 되는 입구각 및 출구각을 도출하였다. 마지막으로 최적화된 팬을 대상으로 시제품을 제작하여 실험한 결과 개선된 유량 성능 및 소음성능을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The goal of this study is to improve flow and noise performances of existing backward-curved blade centrifugal fan system used for circulating cold air in a refrigerator freezer by optimally designing airfoil shape. The unique characteristics of the system is to drive cold airflow with two volute tongues in combination with duct system in a back side of a refrigerator without scroll housing generally used in a typical centrifugal fan system. First, flow and noise performances of existing fan system were evaluated experimentally. A P-Q curve was obtained using a fan performance tester in the flow experiment, and noise spectrum was measured in an anechoic chamber in the noise experiment. Then, flow characteristics were numerically analyzed by solving the three-dimensional unsteady Navier-Stokes equations and noise analysis was performed by solving the Ffowcs Williams and Hawkins equation with input from the flow simulation results. The validity of numerical results was confirmed by comparing them with the measured ones. Based on the verified numerical method, blade inlet and outlet angles were optimized for maximum flow rate using the two-factor central composite design of the response surface method. Finally, the flow and noise performances of a prototype manufactured with the optimum design were experimentally evaluated, which showed the improvement in flow and noise performance.

주제어

표/그림 (26)

그림 Fig. 1. (Color available online) Geometries of (a) fan blades and (b) overall centrifugal fan system.
그림 Fig. 2. (Color available online) (a) Schematic view of fan performance tester and (b) photograph of fan performance tester during experiment for centrifugal fan system.
그림 Fig. 3. (Color available online) Experimental setup in semi-anechoic chamber for evaluation of noise performance of centrifugal fan system.
그림 Fig. 4. (Color available online) Computational domain of virtual fan tester.
표 Table 1. Signal processing setup and equipment for experiment.
그림 Fig. 5. (Color available online) Comparison result of experiment and numerical simulation with (a) P-Q curve (b) spectrum of pressure level.
그림 Fig. 6. (Color available online) Iso-contours of (a) magnitude vorticity, (b) radial velocity, (c) static pressure around fan blade at cross-sectional plane of half span.
그림 Fig. 7. (Color available online) Predicted flow performance about the test cases.
그림 Fig. 8. (Color available online) Comparison of iso-contours of radial velocity between (a) case1, (b) original, and (c) case2.
그림 Fig. 9. (Color available online) Comparison of iso-contours of vorticity magnitude between (a) case1, (b) original, and (c) case2.
그림 Fig. 10. (Color available online) Comparison of iso-contours of static pressure between (a) case1, (b) original, and (c) case2.
표 Table 2. Definition of test cases about blade inlet and outlet angles.
그림 Fig. 11. (Color available online) Comparison of iso-contours of radial velocity contours between (a) case3, (b) original, and (c) case4.
그림 Fig. 12. (Color available online) Distribution of velocity vectors on cross-sections of ① and ② for case3.
그림 Fig. 13. (Color available online) Regression graph of volume flow rate versus inlet and outlet angles.
표 Table 3. Definition of 9 cases for RSM about blade inlet and outlet angle.
그림 Fig. 14. (Color available online) Comparison of predicted sound pressure level spectrum between original and optimum models.
그림 Fig. 15. (Color available online) Comparison of predicted vorticity distribution between (a) original and (b) optimum models.
그림 Fig. 16. (Color available online) Comparison of predicted radial velocity distribution between (a) original and (b) optimum models.
표 Table 4. Comparison of numerical results for volume flow rate and sound pressure levels between original and optimum models.
그림 Fig. 17. (Color available online) Predicted static pressure about (a) original fan, (b) improved model.
그림 Fig. 18. (Color available online) Predicted radial veloicity about (a) original fan, (b) improved model.
그림 Fig. 19. (Color available online) Comparison of measured SPL spectrum between original and optimum models at the same rotation speed of 960 RPM.
표 Table 5. Comparison of measured results for volume flow rate and sound pressure levels between original and optimum models at the same rotation speed of 960 RPM.
표 Table 6. Comparison of measured results for volume flow rate and sound pressure levels between original and optimum models at the same volume flow rate.
그림 Fig. 20. (Color available online) Comparison of measured SPL spectrum between original and optimum models at the same volume flow rate.

참고문헌 (10)

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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].

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