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제안 방법
- 효율에 영향을 미치는 요인으로는 안내깃의 형상 및 개수, 안내깃의 입·출구 폭과 각도 등 여러 가지 변수가 있지만, 그 중 안내깃의 형상 및 개수가 흡입효율에 미치는 영향을 조사하였다.
- 본 연구에서는 원심팬의 성능 요소 중 흡입효율에 초점을 맞추어 유동해석을 수행하였다. 효율에 영향을 미치는 요인으로는 안내깃의 형상 및 개수, 안내깃의 입·출구 폭과 각도 등 여러 가지 변수가 있지만, 그 중 안내깃의 형상 및 개수가 흡입효율에 미치는 영향을 조사하였다.
- 효율에 영향을 미치는 요인으로는 안내깃의 형상 및 개수, 안내깃의 입·출구 폭과 각도 등 여러 가지 변수가 있지만, 그 중 안내깃의 형상 및 개수가 흡입효율에 미치는 영향을 조사하였다. 전산해석은 상용코드인 SC/Tetra를 이용하여 이루어졌으며, 흡입성능향상을 위한 개선방향을 제시해보았다.
- 또한 원심팬에 대하여는 35,000∼37,000rpm의 회전조건과 1cycle당 9.5238e-6초의 시간 간격(time-step)을 주었으며, 디퓨져, 케이스, 노즐 및 덮개에는 no-slip경계조건을 적용하였다.
- 30,000rpm이상으로 회전하는 회전차에 의해 마하수(MachNumber)가 0.3보다 크기 때문에 압축성 비정상 상태의 불규칙적인 유동이지만, 전체 유동장에서 압축성 부분이 회전차의 끝단 일부에 속하므로 유동장을 비압축성으로 계산하였다. 연속방정식과 Navier-Stokes 방정식을 지배방정식으로 사용하였으며, 직교좌표계에서 텐서 형태로 표기하면 다음과 같다.
- 식(3),(4)는 SST k-ω방적식을 나타낸다. 풀고자 하는 변수는 압력, 각 방향의 속도, 난류의 정도이므로 위의 식들에 적합한 계수를 사용하여 계산을 수행하였다. 또한 와도(vorticity)를 계산하기 위하여 식(5)를 사용하였다.
- 실험은 대기압에서 진행되었으며 온도는 건구 24도,습구 19도에서 실험하였다. 총 5개의 모터에 대해 실험장치 입구의 Orifice외경을 15.88mm, 19.05mm, 22.03mm로 변경하면서 입구의 유량변화와 벽압력 및 모터의 소비전류를 측정하였다. 회전수를 측정하기 위해 스트로보스코프(Stroboscope)를 이용하였으며, 그 결과 대략 35000, 36000, 37000 [rpm] 의 회전수가 측정되었다.
- 또한 디퓨져 쪽으로 빠져나가는 안내깃 부분에 대해서도 안내깃 끝단을20°∼25° 굽힘 처리하여 전산해석을 수행했다.
- 안내깃 개수에 따른 유동장을 비교하기 위해 안내깃 개수를 7개, 11개로 변경하여 전산해석을 수행하였다. 상대속도의 분포는 Fig.
- 본 연구에서는 상용코드인 SC/Tetra를 이용하여 진공청소기용 모터 주위의 유동해석을 수행하였다. 또한 원심팬 안내깃의 입·출구 형상변경 및 개수 변경을 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.
- 1) 실험결과와 비교하여 회전수에 따른 흡입유량과 벽압력의 경향이 잘 일치함을 알 수 있었다. 이로 인하여 전산해석의 신뢰성을 확보하였다.
- 2) 안내깃 입구를 직각형에서 유선형으로 변경하여 전산해석을 수행하였다. 그 결과 유동박리를 줄일 수 있었으며 기본모델에 비해 약 1.
대상 데이터
- 모델링은 격자를 생성하기 위한 중요한 기초 자료가 된다. 본 연구에서는 삼성광주전자에서 사용되는 K50모터에 대한 도면을 제공받아 Fig.3과 같이 설계를 하였으며 재원은 Table 1에 수록하였다.
- 5는 ASTM기준에 의한 실험장치를 나타낸 것이다. 실험은 대기압에서 진행되었으며 온도는 건구 24도,습구 19도에서 실험하였다. 총 5개의 모터에 대해 실험장치 입구의 Orifice외경을 15.
이론/모형
- 하지만 팬의 전체적인 성능과 유동특성은 실험으로 증명하기 힘들기 때문에[2] Hillewaert[3], Tuncer[4], 김세진[5], 이경훈[6]등이 수치해석을 통한 내부 유동의 해석을 수행하여 왔다. 또한 정상상태(steady state)의 수치해석[7-8]과 이산와류법(discrete vortex method)을 이용한 비정상 공기력 계산[9] 의 방법을 이용하여 내부 유동해석을 수행하였다. 그러나 기존의 연구는 팬 전체에 대한 실험적인 결과를 제시하거나 임펠러, 디퓨져의 각 부분에 대한 수치해석이었다.
- [13] 이러한 이유로본 연구에서는 SST(Shear-Stress Transport) k-ω모델을 사용하였다.
- 3보다 크기 때문에 압축성 비정상 상태의 불규칙적인 유동이지만, 전체 유동장에서 압축성 부분이 회전차의 끝단 일부에 속하므로 유동장을 비압축성으로 계산하였다. 연속방정식과 Navier-Stokes 방정식을 지배방정식으로 사용하였으며, 직교좌표계에서 텐서 형태로 표기하면 다음과 같다.
- 이동격자법은 비정상 유동으로 가정하여 회전차와 안내깃의 정보를 서로 주고받으며 계산을 수행하는 방법으로 실제와 같이 회전차와 안내깃의 상호작용을 모델링한다. 따라서 본 연구에서는 비정상상태 이동격자법을 이용하였다. 이 방법은 해석 시 계산 소요시간이 매우 크다는 단점이 있지만 고성능 컴퓨터를 이용하면 실제문제와 가장 유사한 조건으로 빠르게 해석을 할 수 있는 장점이 있다.
- 이 방법은 해석 시 계산 소요시간이 매우 크다는 단점이 있지만 고성능 컴퓨터를 이용하면 실제문제와 가장 유사한 조건으로 빠르게 해석을 할 수 있는 장점이 있다.[14] 또한 압력보정방법으로는 SIMPELC 알고리즘[15]을 사용하였다.
-
2.5 실험장치 구성 및 실험값
실험장치로는 성능을 측정하기 위해 Orifice방식을 이용하였고 ASTM(American Society for Testing and Materials)기준에의거해 구성하였다. Fig.
- 03mm로 변경하면서 입구의 유량변화와 벽압력 및 모터의 소비전류를 측정하였다. 회전수를 측정하기 위해 스트로보스코프(Stroboscope)를 이용하였으며, 그 결과 대략 35000, 36000, 37000 [rpm] 의 회전수가 측정되었다. 흡입 유량은 ASTM F558-88에 명시된 계산법에 의해 계산되었으며 Fig.
- 회전수를 측정하기 위해 스트로보스코프(Stroboscope)를 이용하였으며, 그 결과 대략 35000, 36000, 37000 [rpm] 의 회전수가 측정되었다. 흡입 유량은 ASTM F558-88에 명시된 계산법에 의해 계산되었으며 Fig.6에 나타내었다.
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