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논문 기본 정보

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학위논문
저자정보

이슬기 (과학기술연합대학원대학교, 科學技術聯合大學院大學校)

지도교수
최영석, 김진혁
발행연도
2020
저작권
과학기술연합대학원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수15

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이 논문의 연구 히스토리 (4)

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축류팬(Axial fan)은 작동유체로 공기를 사용하며 공조시설, 환기 장치, 냉각 장치 등 산업 전반에 걸쳐 폭 넓게 이용되는 유체기계이다. 최근 미세먼지 등 대기오염물질에 대한 심각성이 대두되면서 터널 및 지하철 내부와 같이 폐쇄된 공간에서 고성능의 환기 시스템이 요구되는 추세이다. 축류팬은 임펠러(Impeller), 가이드 베인(Guide vane), 벨마우스(Bell mouth), 허브캡(Hub cap), 테일콘(Tail cone) 등으로 이루어져있으며 각 구성요소의 설계변수에 의해 성능 및 내부유동 특성이 영향을 받는다. 따라서, 고효율 축류팬의 설계를 위해 각 구성요소의 설계 변수에 대한 이해가 필요하다. 임펠러 및 가이드 베인의 설계변수에 관한 많은 연구가 수행되었지만 축류팬의 입구부 및 출구부에 설치되는 허브캡 및 테일콘에 관한 연구는 미비한 실정이다.
본 연구에서는 허브캡 및 테일콘의 형상 매개변수가 축류팬의 공력학적 성능 특성에 미치는 영향성을 규명하고자 정상상태 삼차원 Reynolds-averaged Navier Stokes (RANS) 해석을 수행하였다. 각 구성요소의 영향성 분석을 위해 허브캡의 형상 매개변수로 허브 반경 및 축 방향 길이를 선정하여 두 변수를 통해 허브캡 비를 정의하였고, 테일콘의 형상 매개변수로 테일콘의 두 반경 및 축 방향 길이를 선정하여 테일콘 확장 각도를 정의하였다. 또한, 임펠러에 의해 생성된 불균일한 속도 성분이 테일콘 내부 유동에 미치는 영향성에 대해 규명하였다. 가이드 베인 후연(Trailing edge)부터 테일콘, 디퓨져 및 출구 영역까지 수치해석 도메인을 설정하고 가이드 베인 후연의 단면에 자오면 속도 성분과 원주방향 속도 성분을 입구 조건으로 적용하여 테일콘 단일 수치해석을 수행하였다.
허브캡 및 테일콘의 단일 요소 영향성 결과를 토대로 최적의 허브캡 및 테일콘 형상을 선정하여 두 구성요소가 모두 설치된 경우 및 설치되지 않는 경우와 비교하여 축류팬의 공력학적 성능 및 내부 유동 특성을 분석하였다.

목차

Ⅰ. 서 론 ································································ 1
Ⅱ. 축류팬의 제원 및 형상매개변수 ·························· 4
1. 축류팬의 제원 ················································ 4
2. 형상 매개변수 ················································ 7
가. 허브캡 형상 매개변수 ································ 7
나. 테일콘 형상 매개변수 ································ 9
Ⅲ. 수치해석 방법 ···················································· 11
1. 수치해석 기법 및 경계조건 ······························ 11
2. 수치해석 격자계 ··········································· 13
Ⅳ. 결과 및 고찰 ······················································ 17
1. 허브캡 형상 매개변수 영향성 ··························· 17
가. 축류팬의 공력학적 성능 특성 ······················ 17
나. 축류팬의 내부 유동 특성 ···························· 21
2. 테일콘 형상 매개변수 영향성 ··························· 29
가. 축류팬의 공력학적 성능 특성 ······················ 29
나. 축류팬의 내부 유동 특성 ···························· 34
다. 불균일 유동에 의한 테일콘 내부 유동 특성 ····· 38
3. 허브캡 및 테일콘 형상 매개변수 영향성 ············ 48
가. 허브캡 및 테일콘 형상 선정 ························ 48
나. 축류팬의 공력학적 성능 특성 ······················ 50
다. 축류팬의 내부 유동 특성 ···························· 54
Ⅴ. 결 론 ································································ 59
참고문헌 ···························································· 62

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