The objective of this work is to develop improved slip factor model and correction method to predict flow through impeller in forward-curved centrifugal fan by investigating the validity of various slip factor models. Both steady and unsteady three-dimensional CFD analyses were performed with a commercial code tn validate the slip factor model and the correction method. The results show that the improved slip factor model presented in this paper could provide more accurate predictions for forward-curved centrifugal impeller than the other slip factor models since the presented model takes into account the effect of blade curvature. The comparison with CFD results also shows that the improved slip factor model coupled with the present correction method provides accurate predictions for mass-averaged absolute circumferential velocity at the exit of impeller near and above the flow rate of peaktotal pressure coefficient.
The performance of a centrifugal fan depends on the dimensional parameters of impeller, such as the inlet and exit diameter, area ratio, relative flow angles to the blade, and number of blades. These design parameters, however, are inter-related, so it is very difficult to identify the effect of each parameter to the fan performance. In this experimental study the effect of the design parameters on the performance of a small centrifugal impeller being used for vacuum cleaners are investigated. Total 30 shrouded impellers with 120mm diameter were tested and the results were non-dimensionalized to compare their performance.
This work developed improved slip factor model and correction method to predict flow through impeller in forward-curved centrifugal fan. Both steady and unsteady three-dimensional CFD analyses were performed to validate the slip factor model and the correction method. The results show that the improved slip factor model presented in this paper could provide more accurate predictions for forward-curved centrifugal impeller than the other slip factor models since the present model takes into account the effect of blade curvature. The correction method is provided to predict mass-averaged absolute circumferential velocity at the exit of impeller by taking account of blockage effects induced by the large-scale backflow near the front plate and flow separation within blade passage. The comparison with CFD results also shows that the improved slip factor model coupled with the present correction method provides accurate predictions for mass-averaged absolute circumferential velocity at the exit of impeller near and above the flow rate of peak total pressure coefficient.
The performance of a centrifugal fan depends on the dimensional parameters of impeller, such as the inlet and exit diameter, area ratio, relative flow angles to the blade, and the number of blades. These design parameters, however, are inter-related, so it is very difficult to identify the effect of each parameter on the fan performance. In this experimental study the effects of the design parameters on the performance of a small centrifugal impeller being used for vacuum cleaners are investigated. A total of 30 shrouded impellers with 120mm diameter were tested and the results were non-dimensionalized to compare their performance.
This paper introduces the design method of the centrifugal turbo fan and the process of developing the design program of it. The developed design program confirmed the applicability by experimental performance data. Here, we proposed new velocity coefficients and considered various losses such as impeller inlet loss, vane passage flow loss, casing pressure loss, recirculation loss power, and disk friction loss power. Especially, the inlet and outlet widths of the impeller were newly determined by reflecting the experimental results. As a result, this fan design program shows a good performance result regardless of the types of impeller and is expected to be a very useful design tool.
Centrifugal fans are widely used and the noise generated by these machines causes one of the most serious problems. In general, the centrifugal fan noise is often dominated by tones at BPF(blade passage frequency) and its higher harmonics. This is a consequence of the strong interaction between the flow discharged from the impeller and the cutoff in the casing. However, only a few research have been carried out on predicting the noise because of the difficulty in obtaining detailed information about the flow field and casing effects on noise radiation. The objective of this study is to understand the generation mechanism of sound and to develop a prediction method for the unsteady flow field and the acoustic pressure field of a centrifugal fan. We assume that the impeller rotates with a constant angular velocity and the flow field of the impeller is incompressible and inviscid. So, a discrete vortex method(DVM) is used to model the centrifugal fan and to calculate the flow field. The force of each element on the blade is calculated by the unsteady Bernoulli equation. Lowsons method is used to predict the acoustic source. In order to compare the experimental data, a centrifugal impeller and wedge introduced by Weidemann are used in the numerical calculation and the results are compared with the experimental data. Reasonable results are obtained not only for the peak frequencies but also for the amplitudes of the tonal.
Centrigugal fans are widely used due to their ability to achieve relatively high pressure ratios in a short axial distance compared to axial fans. Because of their widespread use, the noise generated by these machines causes one of serious problems. In general, centrigugal fan noise is often dominated by tones at BPF(blade passage frequency) and its higher harmonics. This is a consequence of the strong interaction between the periodic flow discharged radially from the impeller and the stator blades or the cutoff. But in vacuum cleaner fan the noise is dominated by not only the discrete tones of BPF but also broadband frequencies. In this study we investigate the mechanism of broadband noise and predict for the unsteady flow field and the acoustic pressure field associated with the centrifugal fan. DVM(discrete vortex method) is used to calculates the flow field and the Lowson's method is used to predict the acoustic pressures. From the results we find that the broadband noise of a circular casing centrifugal fan is due to the unsteady force fluctuation around the impeller blades related to the vortex shedding. The unsteady forces associated with the shed vortices at impeller and related to the interactions to the diffuser and the exit.
The aeroacoustic characteristics of a centrifugal fan for a vacuum cleaner and its noise reduction method are studied in this paper. The major noise source of a vacuum cleaner is the centrifugal fan. The impeller of the fan rotates at over 30000 rpm, and generates very high-level noise. It was revealed that the dominant noise source is the aerodynamic interaction between the rotating impeller and stationary diffuser. The directivity of acoustic pressure showed that most of the noise propagates backward direction of the fan-motor assembly. In order to reduce the high tonal sound generated from the aerodynamic interaction, unevenly pitched impeller and diffuser, and tapered impeller designs were proposed and experiments were performed. Uneven pitch design of the impeller changes the sound quality while the overall sound power level (SPL) and the performance remains similar. The effect of the tapered design of impeller was evaluated. The trailing edge of the tapered fan is inclined. This reduces the flow interaction between the rotating impeller and the stationary diffuser because of some phase shifts. The static efficiency of the new impeller design is slightly lower than the previous design. However, the overall SPL is reduced by about 4 dB(A). The SPL of the fundamental blade passing frequency (BPF) is reduced by about 6 dB (A) and the 2$\^$nd/ BPF is reduced about 20 dB (A). The vacuum cleaner with the tapered impeller design produces lower noise level than the previous one, and the strong tonal sound was dramatically reduced.
The State of the art of low noise fan design requires the consideration of optimal sound quality. The influential design parameters of the noise level by the centrifugal fan were selected that based on a preliminary test. The centrifugal fans were designed according from the experiment plan method by specify the selected design parameters. The experiments with the machined mock-up's of centrifugal impellers revealed the major design parameters having impacts upon the indices of sound quality (e.g. loudness, sharpness, roughness and fluctuation strength) at the same performance condition. With a response surface method. the major design parameters selected were analyzed to estimate their contributions upon the sound quality of the centrifugal fan and the optimal values were drawn for the consideration of the sound quality by using each level and its regression equation. In addition, the validity of the regression equations were numerically verified by means of the coefficient of determination. Furthermore, the mechanism of how the centrifugal fans influence the determinants of sound quality was suggested.
Aerodynamic optimization of an automotive air-conditioning blower is a hard task because of the highly complex flow phenomena related to three-dimensional flow separations and the unsteady nature caused by the interaction between primary and secondary air flows throughout the fan. In this paper, an aerodynamic study on a forward-curved centrifugal fan has been carried out Firstly we obtained the fan performance curves versus flow rates showing its unstable nature in the surging operation range. Secondly aerodynamic characterizations were carried out by investigating the velocity and pressure fields in the casing flow passage using a 5-hole pilot probe, at different operating conditions. Surface flow pattern near the cut-off area exhibits similar flow behavior above the best efficiency operating point, although the pressure level increases substantially with the Increase of flow rate. Vorticity in the casing passage flow occurs in all (low rates, downstream from the r-Z plane $\theta$=120 deg., where the position of its core changes with the circumferential location. Although complex, the general flow behavior were common, giving insight in its main aerodynamic features.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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