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대규모 와 모사를 통한 운전부하가 튜브 축류홴의 난류유동장 분포양상에 미치는 영향 분석
김장권,오석형 한국동력기계공학회 2024 동력시스템공학회지 Vol.28 No.1
In this study, the 3-dimensional model of the tube axial fan designed by the assumption of the total pressure ratio of the span length was analyzed by large eddy simulation in an incompressible flow. Here, the effect of operating load on the turbulent flow field of a tube axial fan was analyzed. As a result, back-flow leakage from the gap between the bell-mouth and the end of the blade of the tube axial fan occurs when the operating load increases, and its intensity is weaker than that of the propeller type axial fan. In addition, the flow of the tube axial fan that develops downstream spreads from the axial direction to the radial direction when the operating load increases, but since the blades are wrapped with tube, unlike the case of the propeller type axial fan, the axial flow is still maintained. Also, as the operating load increases, both the turbulent kinetic energy and the vorticity magnitude distribution of the tube axial fan, which develop surrounded by the tube, are very irregularly distributed, spreading in the radial direction while significantly contracting in the axial direction while the effect of the hub disappears downstream. 이번 연구에서는 스팬길이의 전압력비를 가정하여 설계된 튜브 축류홴의 3차원 모델을 비압축성 상태에서 대규모 와 모사로 해석하였다. 여기서 운전부하가 튜브 축류홴의 난류유동장에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, 튜브 축류홴의 벨마우스와 날개 끝단부 틈새로부터 역류하는 누설은 운전부하가 커지면 발생하는데 그 강도는 프로펠러형 축류홴의 경우보다 약하다. 또한 하류로 발달하는 튜브 축류홴의 유동은 운전부하가 커지면 축방향에서 반경방향으로 확산하여 발달하나 날개가 튜브로 감싸져 있으므로 프로펠러형 축류홴의 경우와 달리 여전히 축방향 흐름을 유지한다. 또 운전부하가 증가할수록 튜브에 에워싸여 발달하는 튜브 축류홴의 난류운동에너지와 와도 크기 분포는 모두 하류에서 허브 영향은 사라짐과 동시에 축방향으로 현저히 수축하면서 반경방향으로 퍼져 매우 불규칙하게 분포된다.
날개의 스윕과 레이크각의 변화에 따른 튜브 축류홴의 공력성능 평가
김장권,오석형 한국동력기계공학회 2023 동력시스템공학회지 Vol.27 No.5
In this study, a 3D tube axial fan model designed based on the assumption of the total pressure ratio of blade span length was analyzed using large eddy simulation in an incompressible state by changing the sweep and rake angles. As a result, the maximum flowrate increases as the sweep and rake angles increase; however, the maximum static pressure decreases. In addition, the slope of the static pressure performance curve of the tube axial fan, which reflects the sweep and rake around the design flow rate of 1.35m3/min, is not more curved than otherwise, expanding the limit of stall. In addition, after the flow rate is 0.7m3/min, the static pressure and the static pressure efficiency are greatly improved with application of sweep and rake are applied. The highest static pressure efficiency appears at a further increased flowrate as the sweep and rake angles increase. In conclusion, considering the performance of static pressure and static pressure efficiency, it is judged that the tube axial fan with a sweep and rake angle of 20° is the best.
대규모 와 모사를 통해 운전 부하가 튜브 축류홴의 날개에 작용하는 정압 분포와 항력에 미치는 영향 분석
김장권,오석형 한국동력기계공학회 2023 동력시스템공학회지 Vol.27 No.6
In this study, the model of a tube axial fan designed by assuming the total pressure ratio of the span length was analyzed by large eddy simulation in a three-dimensional, incompressible flow, and the drag and the static pressure distribution acting on the blade were investigated according to the change of operating point. As a result, the axial drag coefficient is highly dependent on the static pressure force and shows a decreasing distribution directly proportional with the flowrate showing about 0.27 and about 0.15 at the design operating point and maximum flowrate, respectively. On the other hand, the static pressure on the pressure surface of the blade varies in size according to the change in the operating load, and the contour line formed very narrowly at the blade hub from the leading edge to the trailing edge of the blade spreads and develops like a fan rib toward the tip of the blade and is distributed to the trailing edge of the blade. In addition, the static pressure of the suction surface of the blade has a gentle slope with a similar contour line size from the hub to the tip until the design operating point. However, after the design operating point, the size increases slightly and is biased toward the blade hub, developing near the middle of the blade.
날개 현 길이 설계방식 변화에 따른 튜브 축류홴의 공력성능 평가
김장권,오석형 한국동력기계공학회 2022 동력시스템공학회지 Vol.26 No.6
본 연구에서는 각 반경에 대해 현 길이가 동일하거나 다르도록 설계된 튜브 축류홴의 3차원 모델을 비압축성 상태에서 LES(Large Eddy Simulation)를 통해 해석하였다. 두 튜브 축류 팬 모델은 스팬 방향의 최적 총 압력 분포가 비자유 와류라는 가정하에 만들었다. 그 결과 반지름에 따라 현 길이가 달라지는 튜브 축류홴의 정압과 전체압력의 분포는 반지름별로 현길이가 같은 튜브 축류홴의 정압분포보다 크며, 크기의 차이는 설계 운전점에서 가장 작다. 현 길이가 반경마다 변하는 튜브 축류홴의 설계 운전점에서의 정압효율과 총압력효율의 분포는 현길이가 반경별로 같은 튜브 축류홴의 경우보다 작다. 전체적인 공기역학적 성능 측면에서는 반경에 따라 현 길이가 변하는 튜브 축류홴의 설계 방법이 가장 좋지만, 설계 운전점에서는 반경별로 현길이가 동일한 튜브 축류홴의 설계 방법도 비교적 유용하다.