• 항공우주시스템공학회지
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• 제13권1호
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• pp.29-37
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• 2019

본 논문에서는 높은 풍량을 갖는 임펠러 형상 최적 설계를 위하여, 블레이드 형상이 임펠러의 성능에 미치는 영향을 파악하였다. 먼저 임펠러 성능에 큰 영향을 미칠 것이라 판단되는 블레이드 개수, 각도, 길이를 설계변수로 선정하고, 실험계획법에 의거하여 정한 설계 수준에 따라 각기 다른 27가지 임펠러 형상을 설계하였다. 그리고 블레이드 형상 변화에 따른 임펠러 성능변화를 예측하기 위해 ANSYS CFX로 유동해석을 진행하였다. CFD 결과, 블레이드 개수 50개, 각도 $6^{\circ}$, 길이 5 mm 조합의 임펠러 형상에서 가장 높은 풍량이 발생되었다. 마지막으로 해석 결과를 바탕으로 3D프린터를 이용하여 기존 임펠러 형상과 시험군 임펠러 형상을 제작하였고, 블로워의 토출구에서의 유량을 측정하여 CFD 결과와 비교하는 검증 실험을 진행하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권6호
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• pp.547-556
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• 2014

본 논문에서는 15,000 마력급 원심식 압축기 임펠러 블레이드에 대한 단방향 유체-구조 연성해석 및 응답표면법을 이용한 형상최적설계를 제시하였다. 임펠러 블레이드의 형상은 공력 성능에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 유체의 압력과 원심력에 의한 임펠러의 구조적 안전성에도 큰 영향을 미치므로 유체-구조 연성해석을 함께 고려한 형상최적설계가 필요한 분야이다. 본 논문에서 유체-구조 연성해석의 유체영역과 구조영역을 ANSYS CFX와 Mechanical을 사용하여 각각 해석하였다. 실험계획법을 기반으로 유체 및 구조해석 결과에 대한 응답표면을 생성하여 구조적 안전성 및 압축비를 제한조건으로 하고 임펠러의 효율을 최대화하는 임펠러 블레이드의 형상최적설계를 수행하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권12호
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• pp.1141-1150
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• 2012

이 논문은 선박에서 자세 안정용 양방향 축류펌프에 대한 임펠러 블레이드의 형상최적설계를 설명한 것이다. 양방향 축류펌프용 블레이드는 대칭형 익형을 사용하므로 효율이 기존의 단방향 축류펌프보다 낮다. 이러한 양방향 축류펌프의 단점을 최소화 하고 효율을 증가시키기 위해 최적설계기법을 사용하였다. 양방향 축류펌프의 성능 개선을 위해 상용 CFD 프로그램인 ANSYS CFX v.13 을 이용하여 유동해석을 수행하였다. 직교배열표, 분산분석과 직교다항식을 이용한 대리모델기반 최적설계방법은 최적 설계변수를 결정하고 주효과를 찾는데 사용하였다. 최적설계 결과로부터, 임펠러 블레이드의 유효한 설계변수를 확인하고 이의 최적해와 설계요구조건 만족에 대한 유용성을 설명하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.877-880
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• 2017

원심압축기 임펠러의 블레이드는 고속회전과 정상유동 압력에 의한 정적하중이 가해진다. 동시에 임펠러와 디퓨저 베인 간 상호작용에 의해 발생하는 비정상 유동의 공력가진력이 공진조건에서 주기적으로 임펠러를 가진함에 따라 임펠러 블레이드의 고주기피로 파손이 발생할 수 있다. 이에 대한 정밀한 구조응답 예측을 위해 ANSYS를 이용한 비정상 유동 해석과 모드해석을 각기 수행하여 공력가진력과 주요 공진조건을 도출하였다. 이 후 공력-구조를 연계하는 단일방향의 강제진동 해석을 수행하고, 결과들을 토대로 고주기피로에 대한 안전도를 평가하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권5호
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• pp.321-327
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• 2016

본 연구에서는 고속 회전을 하는 진공청소기용 원심홴의 공력성능 향상을 위해 에어포일 임펠러(Airfoil Impeller)의 적용을 검토 및 연구하였다. 에어포일 최대두께 및 최대두께 위치에 따라 3종의 에어포일 임펠러를 제시하였고, 이때 C4 에어포일 두께분포를 이용하였다. 에어포일 임펠러의 성능 평가는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics) 해석과 흡입일률시험을 통해 수행되었다. 이를 통해 에어포일 형상 적용 시 기존 블레이드 형상에 비하여 임펠러 블레이드 압력면과 디퓨져 블레이드 압력면에서 발생하는 유동박리가 크게 줄어드는 것을 확인하였다. 그리고 이로 인해 기존 원심홴에 비하여 홴 효율이 약 3% 증가 및 비소음이 약 1.3dB(A) 감소되는 것을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권5호
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• pp.424-432
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• 2011

원심압축기 임펠러의 최적화연구를 수행하기 위하여 임펠러의 형상변수와 설계변수에 관한 연구를 수행하였다. 최적화된 결과로부터 성능향상이 달성되었는지를 평가하기 위하여 기존에 실험되어진 임펠러를 선택하였으며, 이 임펠러에서 최적화를 위한 설계변수를 선정하였다. 임펠러 유로에서 허브와 쉬라우드에서의 형상은 베지어곡선으로 재설계되었다. 또한 임펠러 허브와 팁에서의 블레이드 캠버선도 베지어곡선으로 표현하였다. 각각의 형상곡선은 6-8개의 조정점으로 충분히 일치하는 곡선을 얻게 되었으며, 이 중 형상의 변화에 큰 영향을 미치는 조정점을 선택하여 8개의 설계변수로 최적화가 가능함을 보여주었다. 따라서 기존에 사용되고 있는 원심압축기 임펠러의 점 데이터를 활용하여 최적화 형상을 위한 연구가 진행될 수 있음을 보여주었다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권1호
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• pp.26-35
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• 2017

원심압축기 운전 중에 발생하는 고주기 피로균열이나 공진 등은 임펠러 파손의 주된 원인이다. 이러한 파손을 회피하기 위해 공진영역 운전에서도 견딜 수 있는 충분한 강도의 임펠러를 설계하거나, 공진이 발생하지 않도록 임펠러를 튜닝 한다. 이러한 회피설계는 임펠러 내부유동 및 성능특성 변화를 야기하게 된다. 본 연구에서는 밀폐형 임펠러에 대해 블레이드 두께를 증가시킨 모델과 스켈럽을 적용한 모델에 대한 유동 및 성능특성을 파악하기 위해 전산해석을 수행하였다. 전산해석 결과, 블레이드 두께 증가 모델 경우는 기본모델 대비 압력계수가 0.5% 감소하였으며, 전효율은 0.1% 감소하였다. 스켈럽 적용모델은 압력계수가 0.4% 증가하였으며, 전효율은 1.6% 감소하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권4호
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• pp.1503-1510
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• 2012

본 연구는 HVAC 시스템의 성능 개선을 위해 원심 임펠러의 블레이드의 중심각, 토출구의 길이와 같은 형상을 변화시켜 수치적으로 해석하였다. 임펠러 내의 속도장, 압력장, 난류 강도, 온도장을 계산하기 위하여 상용 CFD 코드인 FLUENT를 사용하였다. 시스템의 워밍업에 상관없이 히터 파워 레벨이 증가하면 임펠러 내 주위의 온도는 외기 투입시 온도가 증가하였지만 내기 순환 시에는 온도가 오히려 감소하였다. 결과적으로 성능 개선을 통한 $CO_2$ 감소는 블레이드 중심각 및 토출구 길이의 변화를 통한 유속 및 유량의 변화를 통해 이룰 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권5호
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• pp.435-441
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• 2015

본 연구에서는 원심압축기 임펠러와 디퓨져 블레이드 형상을 반응표면법과 다목적 유전알고리즘 기법을 사용하여 최적설계 연구를 수행하였다. 임펠러와 디퓨져의 블레이드 선단과 후단의 각도와 두께를 3 구간으로 나누어 설계변수로 적용하였으며 수치해석은 상용코드인 ANSYS CFX 를 사용하였다. 실험계획법 중 많이 사용되는 중심합성계획을 이용하여 총 45 개의 설계점에 대한 값을 계산하였다. 계산된 결과를 바탕으로 반응표면을 생성하였으며 반응표면은 최적형상의 임펠러와 디퓨져를 선정하는데 이용하였다. 최적설계의 전 과정은 ANSYS DX 를 사용하였으며, 최적화의 결과로 원심압축기의 주요 성능변수인 등엔트로피 효율과 압력회복계수가 각각 0.3%, 5% 향상된 임펠러와 디퓨져 블레이드 형상을 제시하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제13권4호
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• pp.5-10
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• 2010

This study is concerned with effects of impeller blade thickness on performance of a turbo blower. This turbo blower is developed as an air supply system in 250 kW MCFC system. The turbo blower consists of an impeller, two vaneless diffusers, a vaned diffuser and a volute. The three dimensional, steady state numerical analysis is simultaneously conducted for the impeller, diffuser and volute to investigate the performance of total system. To consider the non-uniform condition in volute inlet due to volute tongue, full diffuser passages are included in the calculation. The results of numerical analysis are validated with experimental results of thin blade thickness. Total pressure ratio, efficiency, slip factor and blade loading are compared in two cases. The slip factor is different in two cases and the comparison of two cases shows a good performance in thin blade thickness in all aspects.