한국음향학회지 (The Journal of the Acoustical Society of Korea)

  • 제43권1호
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  • Pages.103-111
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  • 2024
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  • 1225-4428(pISSN)
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  • 2287-3775(eISSN)
한국음향학회 (The Acoustical Society of Korea)
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축류팬 날개 끝 윙렛 형상의 적용 유무에 따른 공기역학적 성능 및 유동 소음에 관한 수치적/실험적 연구

Numerical and experimental investigations on the aerodynamic and aeroacoustic performance of the blade winglet tip shape of the axial-flow fan

  • 투고 : 2023.12.20
  • 심사 : 2024.01.10
  • 발행 : 2024.01.31
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초록

축류팬은 상대적으로 저압의 유동 영역에서 유동을 수송하기 위해 사용되며, 다양한 설계 변수에 대해 설계된다. 축류팬의 날개 끝 형상은 유동 및 소음 성능에 지배적인 역할을 수행하며 이에 대한 대표적인 유동 현상으로 날개 끝에서 발생하는 날개 끝 와류와 누설 와류가 있다. 이러한 3차원 유동 구조를 제어하기 위해 다양한 연구가 수행되어 왔으며, 항공기 분야에서 날개 끝 와류를 억제하고 효율을 증가시키기 위해 윙렛 형상이 개발되었다. 본 연구에서는 에어컨 실외기용 축류팬 날개에 적용된 윙렛 형상의 영향을 분석하기 위한 수치적, 실험적 연구를 수행하였다. 3차원 유동 구조 및 유동 소음을 수치적으로 분석하기 위해 unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식과 Ffocws-Williams and Hawkings(FW-H) 방정식을 전산유체역학 기법에 기초하여 수치 해석하였으며, 실험 결과와의 비교를 통해 수치 기법의 유효성을 검증하였다. 윙렛 형상에 따른 날개 끝 와류와 누설 와류의 형성의 차이를 3차원 유동장을 통해 비교하고, 그에 따른 공기역학적 성능을 정량적으로 비교하였다. 또한, 예측 유동장을 바탕으로 소음을 수치적으로 모사하여 윙렛 형상이 유동 소음 측면에 미치는 영향을 분석하였다. 대상 팬 모델의 시제품을 제작하여 유동 및 소음 실험을 실시하여 실제 성능을 정량적으로 평가하였다.

Axial-flow fans are used to transport fluids in relatively low-pressure flow regimes, and a variety of design variables are employed. The tip geometry of an axial fan plays a dominant role in its flow and noise performance, and two of the most prominent flow phenomena are the tip vortex and the tip leakage vortex that occur at the tip of the blade. Various studies have been conducted to control these three-dimensional flow structures, and winglet geometries have been developed in the aircraft field to suppress wingtip vortices and increase efficiency. In this study, a numerical and experimental study was conducted to analyze the effect of winglet geometry applied to an axial fan blade for an air conditioner outdoor unit. The unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equation and the FfocwsWilliams and Hawkings (FW-H) equation were numerically solved based on computational fluid dynamics techniques to analyze the three-dimensional flow structure and flow noise numerically, and the validity of the numerical method was verified by comparison with experimental results. The differences in the formation of tip vortex and tip leakage vortex depending on the winglet geometry were compared through a three-dimensional flow field, and the resulting aerodynamic performance was quantitatively compared. In addition, the effect of winglet geometry on flow noise was evaluated by numerically simulating noise based on the predicted flow field. A prototype of the target fan model was built, and flow and noise experiments were conducted to evaluate the actual performance quantitatively.

키워드

과제정보

본 과제(결과물)는 교육부와 한국연구재단의 재원으로 지원을 받아 수행된 3단계 산학연협력 선도대학육성사업(LINC 3.0)의 연구결과입니다.

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