• 한국음향학회지
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• 제34권1호
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• pp.36-45
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• 2015

유동광대역소음을 효율적으로 예측하기 위하여 통계적으로 난류를 재생하는 방법에 대한 많은 연구들이 최근에 진행되고 있다. 그 중에서도, FRPM(Fast Random Particle Mesh) 기법은 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 방정식 해석을 통해 도출된 정상상태 유동장의 난류 운동에너지와 소산 값을 이용하여 특정한 통계적 특성을 가지는 난류를 재생하는 기법으로서 유동광대역소음 문제 등에 성공적인 적용 예에 대해서 보고되고 있다. 하지만 기존의 FRPM 방법은 축류팬과 같이 축 대칭 특성을 갖는 기계의 경우 정상상태의 유동장을 기초로 광대역소음을 예측하는 문제에는 적용할 수 있으나, 원심팬과 같이 볼루트 영역으로 인하여 축 대칭이 성립되지 않는 기계류의 유동광대역소음에는 적용할 수 없다. 본 연구에서는 이러한 FRPM 기법을 확장하여, 원심팬에서 발생하는 광대역소음을 효율적으로 예측하기 위하여 비정상 RANS 방정식의 수치해와 연계하여 광대역소음원으로 고려되는 난류를 특정한 통계적 특성을 가지도록 재생할 수 있는 U-FRPM(Unsteady-FRPM) 기법을 제안하였다. 먼저 전산유체역학을 사용하여 RANS 방정식을 해석함으로써, 원심팬 주위의 비정상상태 유동장 정보를 도출하고, 음향상사법(Acoustic Analogy)을 기초로 도출된 유동소음원을 U-FRPM을 이용하여 모델링하였다. 모델링된 소음원은 경계요소법을 통해 구현되는 선형음향전파모델과 연계하여 수음점에서 광대역소음을 예측하는데 이용되었다. 예측된 결과와 실험결과의 비교를 통해 본 논문에서 제시한 방법의 유효성을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제36권6호
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• pp.371-377
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• 2017

에어컨의 성능은 분리형 실외기의 냉각 성능과 밀접한 관련이 있으며, 그에 따라 대다수의 관련 선행 연구에서는 실외기 내부 축류팬의 단독 성능에 대한 연구를 진행하였다. 하지만 축류팬을 제외한 실외기 내부 여러 구성요소의 영향에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 여러 요소 중 팬 오리피스가 실외기 유동 성능에 미치는 영향을 수치적으로 분석하였다. 고정밀 유동장 해석을 위해 약 1800만 개의 격자로 구성된 가상 팬 테스터를 개발하고, V-LES의 일종인 비정상 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes) 방정식을 CFD(Computational Fluid Dynamics) 기법에 기초하여 해석하였다. 수치 해석의 유효성을 확인하기 위해서 실험을 통해 측정한 실외기 시스템의 P-Q 곡선을 가상 팬 테스터를 사용한 수치 해석 결과와 비교하였다. 유효성을 검증한 수치 기법을 이용하여 실외기 유량 성능을 최대화할 수 있는 오리피스 형상 최적 설계를 수행하였다.

• 한국음향학회지
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• 제40권6호
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• pp.555-565
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• 2021

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.

• 한국음향학회지
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• 제25권7호
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• pp.339-345
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• 2006

본 논문에서는 다중 산란 현상을 해석할 수 있는 2차원 양방향 포물선 방정식 알고리즘을 제안했다. 본 논문에서 제안한 방법은 단일 산란 근사의 연속적인 적용에 바탕을 두고 있다. 각각의 거리 독립 구역의 수직 경계에 연속 조건을 적용하여 단일 산란 근사와 Split-Step Pade 법으로 거리 방향으로 전진해 가며 외향파를 계산하고 내향파 성분은 저장한다. 이어서 저장된 내향파 성분을 역 거리 방향으로 역 전파 시키고 경계에서 외향파 성분을 저장한다. 이러한 과정을 전진 방향을 바꾸어 가며 해가 수렴할 때까지 반복하여 완전 해를 계산한다. 본 논문에서 제안된 방법은 기존의 방법 [J. F. Lingevitch et al., 5. Accost. Soc. Am. 112(2), 476-480 (2002)] 에 비해 수치적으로 구현하기 간단하며 전산자원 소모가 적다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권7호
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• pp.18-25
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• 2005

본 연구에서는 뒷전, 전단류와 초기교란의 상호작용에 의한 불안정파의 생성 기제의 분석과 뒷전 산란현상을 고차의 전산공력음향학을 이용하여 모사하였다. 수치적 알고리즘은 Hybrid 기법에 기초하였으며, Simple Linearized Euler Equation과 Full Linearized Euler Equation의 결과를 비교를 통해 정상류 구배항이 불안정파의 생성에 중요한 역할을 함을 볼 수 있었다. 또한 Full Navier-Stokes Equation을 이용한 결과와 비교함으로써, Full Linearized Euler Equation은 뒷전의 초기 근접장에서 불안정파를 해석하는데 있어서 Full Navier-Stokes Equation 보다 효율적임을 알 수 있다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2007년도 추계학술대회논문집
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• pp.1354-1359
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• 2007

This paper discusses the acoustic performance of simple expansion chamber using computational fluid dynamics(CFD). The CFD model consists of an axisymmetric grid with a single period sinusoid of acceptable amplitude and duration imposed at the inlet boundary condition. The time history of the static pressure is recorded at two points, one in the inlet pipe and one point in outlet pipe. The time history of the static pressure is converted to the frequency domain using Fourier Transform and the transmission loss (TL) of the muffler is obtained from the ratio of the static pressure at the inlet and outlet pipe. The transmission loss of CFD result is compared with that of the computational acoustic analysis using the boundary element method (BEM). There are some differences in two results due to the pressure drop according to the inlet and outlet pipe length. Therefore, the effects of the pressure drop to the transmission loss have to be considered.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2011년도 추계학술대회 논문집
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• pp.711-716
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• 2011

Today, high-speed trains enjoy wide acceptance as fast, convenient and environment-friendly means of transportation. However, increase in the speed of the train entails a concomitant increase in the aerodynamic noise, adversely affecting the passenger comfort. At the train speed exceeding 300 km/h, the effects of turbulent flows and vortex sheddding are greatly amplified, contributing to a significant increase in the aerodynamic noise. Drawing a biomimetic analogy from low-noise flight of owl, a method to reduce aerodynamic noise at inter-coach space of high-speed trains is investigated. The proposed method attempts to achieve the noise reduction by modifying the turbulent flow and vortex shedding characteristics at the inter-coach space. To determine the aerodynamic noise at various train speeds, wind tunnel testing and numerical CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation for the basic inter-coach spacing model are carried out, and their results compared. The simulation and experimental results reveal that there are discrete frequency components associated with turbulent air flow at constant intervals in the frequency domain

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권4호
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• pp.457-463
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• 2012

기저막은 달팽이관의 한 기관으로서 주파수 대역에 따라 기저막의 최대 진폭 발생 위치가 변화하여 소리를 인지할 수 있게 되며 이는 기저막의 형상에 기인한다. 본 연구에서는 인공기저막 기반의 완전 삽입형 인공와우 개발을 위한 연구의 일환으로써 주파수 분리 대역폭을 보다 확장시킬 수 있는 기저막의 형상을 제안하기 위해 설계 인자 연구를 수행하였다. 상용 유한요소소프트웨어 Abaqus 를 이용한 유한요소 해석을 통해 인공기저막의 음향 진동 특성을 예측하였으며 해석결과는 실험결과와 비교하여 검증하였다. 기저막 모델의 다양한 형상 변화와 기저막 모델에 존재하는 잔류응력에 따른 주파수 분리 대역의 변화 추이를 설계 인자 연구를 통하여 제시하였다.

• 한국음향학회지
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• 제42권6호
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• pp.519-528
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• 2023

본 논문에서는 식기 세척기 내 원심펌프를 대상으로 수치적/실험적 연구를 통해 최적 설계를 수행하였으며 유량 및 소음 성능을 개선하고자 하였다. 먼저 대상 원심펌프의 특성을 실험적으로 분석하기 위해 펌프 성능시험기를 통한 유량 실험과 반 무향실에서의 소음 실험을 진행하였다. 원심펌프 회전에 따른 내부 유동 및 유동 소음 성능을 수치적으로 모사하기 위해 전산유체역학 기반의 Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식과 Ffowcs Williams and Hawkings 방정식을 지배 방정식으로 수치해석을 수행하였다. 실험 결과와의 비교를 통해 수치 기법의 유효성을 검증하였으며, 검증된 수치 기법을 활용하여 원심펌프 내 임펠러 형상에 대한 최적 설계를 수행하였다. 수치 기법의 활용을 통해 최적 설계된 임펠러의 개선된 유량 성능을 수치적으로 확인하였으며, 유동장 분석을 통해 임펠러 형상 각도 변화에 따른 유동 특성 변화 및 개선을 확인하였다. 또한, 시제품 제작 및 실험을 통해 개선 유량 성능을 검증하였으며, 팬 법칙에 의거하여 동일 유량에서 소음 수준이 감소함을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제43권1호
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• pp.103-111
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• 2024

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.