The flow inside an axial turbomachinery must be unsteady. Rotor-stator interaction by two blade rows influences performance, the generation of noise and vibration. So, it will be necessary to study the rotor-stator interaction for the design of an axial fan in which the axial gap between two blade rows is small. In this study, rotor-stator interaction is investigated by experimental methods. The research fan has one stage which consists of 24 rotor blades and 22 stator blades. Three-dimensional velocities measured using $45^{\circ}$ slanted hot wire probe and total pressure is measured using Kiel total pressure probe between rotor and stator with the axial 25%, 55%, 145% of chord length,. This study describes the influence of rotor-stator gap on the flow pattern, performance and loss. The efficiency curve show that the change of the rotor-stator gap make difference in the efficiency. And, the 3-dimensional velocity distribution show that the potential interaction between the rotor and the stator have a great effect on the flow field downstream of rotor, where there are wake flow. various vortices in hub region and leakage vortex in casing region etc.
Proposed is an aero-acoustic performance prediction method of axial fan. The fan aerodynamic performance is predicted by combining pitch-averaged quasi 3-D flow analysis with pressure loss models for blade boundary layer and wake, secondary flow, endwall boundary layer and tip leakage flows. Fan noise is assumed to be radiated as dipole distribution type, and its generation is assumed to be mainly due to the vortex street shed from blade trailing edge. The fluctuating pressure and lift on the blade surface are analyzed by incorporating the wake vortex stree shed from blade trailing edge. The fluctuating pressure and lift on the blade surface are analyzed by incorporating the wake vortex street model with thin airfoil theory. The aero-acoustic performance prediction results by the present method are in good agreement with the measured results of several axial fans. With the present prediction method, parametric studies are carried out to investigate the effects of blade chord length and spacing on the efficiency and the noise level of fan. In the case of lightly loaded fan, both efficiency improvement and noise reduction can be achieved by decreasing chord length or by increasing blade specing. However, when fan is designed at highly loaded condition, the noise reduction by increasing blade spacing penalizes the attaninable efficiency of fan.
The unsteady nature of vortex structures has been investigated by a large eddy simulation (LES) in an axial flow fan with a shroud covering only the rear region of its rotor tip. The simulation shows that the tip vortex plays a major role in the structure and unsteady behavior of the vortical flow in the fan. The movements of the vortex structures induce high-pressure fluctuations on the rotor blade and in the blade passage. Frequency characteristics of the fluctuating pressure on the rotor blade are analyzed using wavelet transform. The dominant frequency of the real-time pressure selected at the high pressure fluctuation region corresponds well to that of the fluctuating rotor torque and the experimental result of fan noise. It is mainly generated due to the unsteady behavior of the vortical flow, such as the tip vortex and the leading edge separation vortex.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11a
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pp.270-274
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2001
Fans are widely used in household electrical appliances due to their easy usage and high performance for cooling capacity. However, the noise generated by these fans causes one of serious problems. LG electronics makes the intranet software for design and analysis of fan. Axial, sirocco and centrifugal fan can be designed and analyzed by using the IFD(Intranet Based Fans Design) software. In order to calculate the aeroacoustic noise of a fan, the numerical method, which can calculate the acoustic pressure at the blade passing frequency and its higher harmonic frequencies, has been developed. To calculate the unsteady resultant force of the blade, vortex method is used. This paper shows the overview of the software and validates the accuracy of predicted noise of fan.
Axial fan is used for the supplement of large amount of flows. Axial blowers show relatively high efficiency of the system. The present model of axial fan is for cooling a condenser in an air-conditioning unit that exhibits tendency toward compact size. In order to realize the compact model, the width of an axial blade should be cut down in axial distance. Main interest lies on the performance of the axial blowing system with blades having shorter chord length. One of the important design parameters for axial fan is the shape of the blades of it. Design of blades includes the cross-sectional shape and its dimension, including the chord length. We consider two types of blades; one is NACA airfoil with normal chord length and the other is with shortening chord length by $10\%$ of normal airfoil. Axial blower with the modified blades is essential for the compact model of an air-conditioner. The other design parameters are same in the two cases. Using a wind tunnel follows ASHRAE standards carries out evaluation of performance of the system. Detail of flows around the blades is prepared by velocity measurements using PIV. According to performance estimation, the axial blower with short chord blade show quite close to the performance results, including flow rate and pressure rise, of the standard one. The reason of the two similar results is that the flowpatterns depend on Reynolds number based on the chord length of a blade. In this investigation, the critical chord length is found, in which the flows near the airfoil are so unstable and the performance of the system is decreased. A series of figures is for the detail information on the flow.
The cooling unit of the industrial showcase consists of a compressor, a condenser and an evaporator. An axial fan is used to circulate the air to improve the efficiency of the heat exchanger. In the past, aluminum fans have been used, which have problems such as low performance, efficiency, high failure rate, and high noise. This study is to develop high performance, high efficiency plastic fan replacing aluminum fan. A major factor in determining the performance and noise of an axial fan is the angle and cross-sectional shape of the blade, which is suitable for raising the lift force, thereby controlling the vortex, which is the main cause of noise and performance degradation. In order to produce a high efficiency injection molded fan, it is necessary to develop a mold that minimizes the deformation of the injection process for the designed shape. In this study, we developed a high efficiency, low noise plastic injection fan with more than 11% performance improvement and noise reduction compared to conventional aluminum fan.
Younguk Song;Seo-Yoon Ryu;Cheolung Cheong;Inhiug Lee
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.42
no.1
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pp.7-15
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2023
Recently, as interest in air quality in vehicles increases, the use of fine dust detection sensors for air quality measurement is becoming common. An axial-flow fan is inserted in the fine dust sensor installed in the air conditioning system in the vehicle to prevent dust from sinking directly on the sensor. When the sensor operates, the flow noise caused by the rotation of the axial-flow fan acts as a major noise source of the fine dust sensor. flow noise is recognized as one of the product competitiveness of fine dust sensors. In this study, the noise was gradually reduced at the same flow rate by improving the flow performance of the small axial flow fan. First, a virtual fan performance tester consisting of about 20 million grids was developed to analyze the aerodynamic performance of the target small axial-flow fan. In addition, the flow field was simulated by using compressible Large Eddy Simulation for direct computation of flow noise as well as high-accurate prediction of flow rate. The validity of numerical method are confirmed through the comparison of predicted results with experimental ones. After the effects of pitch angle on flow performance were analyzed using the verified numerical method, the pitch angle was determined to maximize the flow rate. It was found that the flow rate was increased by 8.1 % and noise was reduced by 0.8 dBA when the axial-flow fan with the optimum pitch angle was used.
Developed is a computer program for the prediction of the aero-acoustic performance characteristics such as discharge pressure, efficiency, power and noise level in the basic design step of axial flow fan. The flow field and the aerodynamic performance of fan are analyzed by using the streamline curvature computing scheme with total pressure loss and flow deviation models. Fan noise is assumed to be generated due to the pressure fluctuations induced by wake vortices of fan blades and to radiate via dipole distribution. The vortex-induced fluctuating pressure on blade surface is calculated by combining thin airfoil theory and the predicted flow field data. The predicted aerodynamic performances, sound pressure level and noise directivity patterns of fan by the present computer program are favorably compared with the test data of actual fan. Furthermore, the present computer program is shown to be very useful in optimizing design variables of fan with high efficiency and low noise level and in analyzing their design sensitivities.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.847-847
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2004
Automobile cooling fans are operated with a radiator module. To design low noise, high performance cooling fan, radiator resistance should be considered in the design process. The system (radiator) resistance reduces axial velocity and increases effective angle of attack. This increasing effective angle of attack mechanism causes blade stall, performance decrease and noise increase. In this paper, To analyze fan performance, freewake and 3D CFD calculations are used To design high performance fan with consideration of system resistance, optimal twist concept is applied through momentum and blade element theory. To predict fan noise, empirical formula and acoustic analogy methods are used.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.6
no.2
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pp.94-104
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2013
This paper describes the design to increase the blade loading factor of a low speed axial flow fan from normal 0.42 to highly loaded 0.55. A three-dimensional viscous solver is used to model the flows in the highly-loaded and normal loaded stages over its operation range. At the design point operation the static pressure rise can be increased by 20 percent with a deficit of efficiency by 0.3 percent. In the highly loaded fan stage, the rotor hub flow stalls, and separation vortex extends over the rotor hub region. The backflow, which occurs along the stator hub-suction surface, changes the exit flow from the prescribed axial direction. Results in this paper confirm that the limitation of the two dimensional diffusion does not affect primarily on the fan's performance. Highly loaded fan may have actually better performance than its two dimensional design. Three dimensional designing approaches may lead to better highly loaded fan with controlled rotor hub stall.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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