본 연구에서는 저소음 팬 개발을 위해 검증 실험 대체로 전산유체역학을 응용하고 PT 제작기간 단축을 위한 방법을 제시하고자 한다. 팬 내부의 유동장 해석을 통하여 실제의 설계과정 중에 응용하기 위한 가능성을 알아본 결과, 해석으로부터 여러 대상 팬의 상대평가가 유용하다는 결론을 얻게 되었다. 이 때 효율의 상대평가는 팬 익면의 정압상승 검토를 통하여, 그리고 소음의 평가는 난류에너지 k의 분포를 통하여 비교할 수 있음을 알수 있었다. 또한 실제의 PT제작방법에 있어서도 기존에 비해 제작 기간과 비용면에서 유리한 SLA를 이용한 부분합성법을 시도하여, 기존에 사용했던 NC가공을 통한 PT제작 방법에 제작기간 및 비용을 50%이상 절감/감축할 수 있었다.
최근 환경 소음이 사회적인 문제로 대두되고 있는 가운데, 생활수준의 향상으로 저소음화에 대한 요구가 증가되고 있는 실정이다. 이와 같이 소음에 관한 일반인들의 관심이 높아지면서 생환주변에서 주요 소음원으로 지적되고 있는 회전기계, 특히 가전제품을 비롯한 유동관련 기계류의 소음을 낮추기 위한 노력이 절실히 요구되고 있다. 본 소평팬에 대한 연구에서는 음압 및 음향인텐시티를 이용하여 소음원을 해석하였다. 이때, 광센서를 이용한 축류형 팬의 동기화가 수행되어졌고, 팬 형상에서 정확한 소음원의 위치를 규명하기 위한 기록시간의 결정이 제안되어졌다. 소음 발생하는 위치를 규명하였고, 지향성 연구를 통하여 축류형 팬의 방사형태를 결정하였으며, 음의 흐름도를 가시화 하였다.
In this study, the experimental study has carried out to select pitch angle on the backward flow in an axial fan that has adjustable pitch blades. With the change of pitch angle of axial fan with adjustable blade, air flow rate, pressure and air flow direction can be changed. Because of this merit, adjustable axial fan can be used in the backward flow. For the selection of the backward flow pitch angle, fan performance test method is selected by KS B 6311. Dynamic pressure, static pressure, electric current and voltage are measured in each pitch angles of axial fan that are $36^{\circ}$, $-16^{\circ}$, $-21^{\circ}$, $-26^{\circ}$, $-31^{\circ}$ and $-36^{\circ}$. In the result of test, fan performance curves at several pitch angle has been investigated. Finally, pitch angle of $-26^{\circ}$ has been selected to get largest flow rate at backward flow situation.
A computational analysis using Reynolds stress model in FLUENT is conducted to give a clear understanding of the effect of blade loading on the structure of tip leakage flow in a forward-swept axial-flow fan at design condition ($\phi$=0.25) and off-design condition ($\phi$=0.21 and 0.30). The roll-up of tip leakage flow starts near the minimum static wall pressure position, and the tip leakage vortex developes along the centerline of the pressure trough within the blade passages. Near tip region, a reverse flow induced by tip leakage vortex has a blockage effect on the through-flow. As a result, high momentum region is observed below the tip leakage vortex. As the blade loading increases, the reverse flow region is more inclined toward circumferential direction and the onset position of the rolling-up of tip leakage flow moves upstream. Because the casing boundary layer becomes thicker, and the mixing between the through-flow and the leakage jet with the different flow direction is enforced, the streamwise vorticity decays more fast with blade loading increasing. The computational results show that a distinct tip leakage vortex is observed downstream of the blade trailing edge at $\phi$=0.30, but it is not observed at $\phi$=0.21 and 0.25.
An investigation on aerodynamic performance of a highly-loaded axial fan has been conducted to find the effects of tip injection and casing groove on aerodynamic performance in this study. Three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with $k-{\varepsilon}$ turbulence model were used to analyze the fluid flow in the fan with Fluid-Structure Interaction (FSI) analysis. The hexahedral grid was used to construct computational domain, and the grid dependency test drew the optimal grid system. FSI analysis was also carried out to predict the deformation of rotor and stator blades, and the effect of deformation on the aerodynamic performance of axial fan was analyzed compared to the performance predicted without FSI analysis.
This paper was a study about noise reduction through flow stabilization in duct using experimental method and numerical analysis at the same time. To determine the fan's type three kinds of fans(axial fan, centrifugal fan, and axial fan with centrifugal type blades) was examined to investigate the suitability for in-line duct. As a result, under the equal number of rotation 2000 RPM, performance of an axial fan with centrifugal type blades was the most superior by 55dBA at 4.3CMM among other fans. After this, analyzed the results of the numerical analysis to find out the optimum design of pitch angle such as $0^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$ and $20^{\circ}$. The intensity of turbulence was low when pitch angle was $15^{\circ}$ and air volume became peak by 5.08 CMM. It was observed that axis component of velocity increased gradually when pitch angle increased from $0^{\circ}$ to $20^{\circ}$, and embodied noise reduction and improvement of air flow rate through flow stabilization.
Experiments were done for the three dimensional unsteady flow in a counter-rotating axial flow fan under peak efficiency operating condition. Flow fields in a counter rotating axial flow fan were measured at cross-sectional planes of the upstream and downstream of each rotor. Cross sectional flow patterns were investigated through the acquired data by the 45$^{\circ}$ inclined hot-wire. Flow characteristics such as tip vortex, secondary flow and tip leakage flow were confirmed through axial, radial and tangential velocity vector plot. It has been found that the radial and tangential velocity components disappeared, while the axial velocity component highly increased as soon as the tip vortex was generated. It has been observed that secondary flow and turbulence intensity which were increased by the front rotor were dissipated passing through the rear rotor. As the result the energy loss of the counter rotating axial flow fan decreased at the downstream of rear rotor. Also, it has been verified that tip vortex pattern of the rear rotor was dampened because the tip vortex generated by front rotor was mixed with that of the rear rotor.
An experimental analysis using three-dimensional laser Doppler velocimetry(LDV) measurement and computational analysis using the Reynolds stress model in FLUENT are conducted to give a clear understanding of the effect of blade loading on the structure of tip leakage flow in a forward-swept axial-flow fan operating at the maximum efficiency condition ($\Phi$=0.25) and two off-design conditions ($\Phi$=0.21 and 0.30). As the blade loading increases, the onset position of the rolling-up of tip leakage flow moves upstream and the trajectory of tip leakage vortex center is more inclined toward the circumferential direction. Because the casing boundary layer becomes thicker and the mixing between the through-flow and the leakage jet with the different flow direction is enforced, the streamwise vorticity decays more fast with the blade loading increasing. A distinct tip leakage vortex is observed downstream of the blade trailing edge at $\Phi$=0.30, but it is not observed at $\Phi$=0.21 and 0.25.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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