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에어컨 실외기 냉각팬 시스템의 오리피스 형상 설계를 통한 유량 성능 최적화
유서윤,김상현,정철웅,김종욱,박병일,박세민,Ryu, Seo-Yoon,Kim, Sanghyeon,Cheong, Cheolung,Kim, Jong-Uk,Park, Byeong Il,Park, Se Min 한국음향학회 2017 韓國音響學會誌 Vol.36 No.6
에어컨의 성능은 분리형 실외기의 냉각 성능과 밀접한 관련이 있으며, 그에 따라 대다수의 관련 선행 연구에서는 실외기 내부 축류팬의 단독 성능에 대한 연구를 진행하였다. 하지만 축류팬을 제외한 실외기 내부 여러 구성요소의 영향에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 여러 요소 중 팬 오리피스가 실외기 유동 성능에 미치는 영향을 수치적으로 분석하였다. 고정밀 유동장 해석을 위해 약 1800만 개의 격자로 구성된 가상 팬 테스터를 개발하고, V-LES의 일종인 비정상 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes) 방정식을 CFD(Computational Fluid Dynamics) 기법에 기초하여 해석하였다. 수치 해석의 유효성을 확인하기 위해서 실험을 통해 측정한 실외기 시스템의 P-Q 곡선을 가상 팬 테스터를 사용한 수치 해석 결과와 비교하였다. 유효성을 검증한 수치 기법을 이용하여 실외기 유량 성능을 최대화할 수 있는 오리피스 형상 최적 설계를 수행하였다. The performance of an air conditioner is closely related to the cooling performance of a split-type outdoor unit so that, in most of the relevant preceding studies, the independent performance of an axial fan in an outdoor unit has been studied. However, there is a lack of research on the effects of other components in an outdoor units was rarely investigated. Therefore, in this paper, the effects of the fan orifice among other parts on the flow performance of the outdoor unit was numerically investigated. A virtual fan tester consisting of 18 million grids was developed for highly resolved flow simulation. The unsteady RANS (Reynolds-averaged Navier-Stokes) equations are numerically solved by using finite-volume CFD (Computational Fluid Dynamics) techniques. In order to verify the validity of the numerical methods, the predicted P-Q curve of the cooling fan in a full outdoor unit is compared with the measured one. Optimization of orifice shape was carried out for maximum flow performance of the outdoor unit using the validated numerical method.
의류 건조기 성능 향상과 공력소음 저감을 위한 원심팬의 날개 형상 최적화
최진호,유서윤,정철웅,김민규,이광호,Choi, Jinho,Ryu, Seo-Yoon,Cheong, Cheolung,Kim, Min-kyu,Lee, Kwangho 한국음향학회 2019 韓國音響學會誌 Vol.38 No.3
본 연구의 목표는 의류 건조기용 원심팬과 덕트 및 하우징 등을 포함한 공기배출 시스템의 유량 성능 향상 및 공력소음을 저감하기 위한 것이다. 전산유체역학과 FW-H(Ffowcs-Williams and Hawkings) 방정식에 기초한 음향상사법을 이용하여 유동 및 소음 특성을 고찰하였다. 유량과 소음성능 최적화 설계를 위해 반응표면기법을 활용하였다. 설계 인자로 원심팬의 날개 입구각, 출구각을 고려한 2인자 중심합성계획법을 채택하였다. 도출된 최적설계안은 덕트와 하우징에서 감소된 난류에너지 분포를 나타냈으며 결과적으로 유량의 증가와 공력소음이 감소됨을 확인하였다. 최종적으로 최적설계안을 기초로 제작한 시제품에 대한 실험을 통하여 4.2 % 유량이 증가함을 확인하였다. The purpose of this study is paper is to improve the flow performance and to reduce the aerodynamic noise of air discharge system consisting of a centrifugal fan, ducts and a housing for the clothes dryer. Using computational fluid dynamics and acoustic analogy based on FW-H (Ffowcs-Williams and Hawkings) Eq., air flow field and acoustic fields of the air discharge system are investigated. To optimize aerodynamic performance and aerodynamic noise, the response surface method is employed. The two factors central composite design using the inflow and outflow angles of fan blades is adopted. The devised optimum design shows the reduction of turbulent kinetic energy in the ducts and the housing of the system, and as a result, the improved flow rate and reduce noise is confirmed. Finally, the experment using the proto-type manufactured usign the optimum design shows the increase of flow rate by 4.2 %.
사중극자 보정 Ffowcs Williams and Hawkings 방정식을 이용한 수중 익형 공동 유동소음에 대한 수치적 고찰
구가람,유서윤,정철웅,Ku, Garam,Ryu, Seo-Yoon,Cheong, Cheolung 한국음향학회 2018 韓國音響學會誌 Vol.37 No.5
외부 유동소음 문제를 다루는 대부분의 산업현장에서 FW-H(Ffowcs Williams and Hawkings) 방정식을 이용한 복합전산공력음향 기법이 수치적인 효율성으로 인하여 널리 사용되고 있다. 그러나 사중극자항을 무시한 면적분 형태의 FW-H 방정식을 사용할 때 경우에 따라 무시할 수 없는 비물리적인 소음이 발생한다고 알려져 있다. 특히, 수중 프로펠러와 같이 날개 끝 와류 공동(tip vortex cavitation)이 하류방향으로 길게 형성되는 유동에 대해서는 적절하게 모델링하지 않으면 소음 예측의 정확도가 떨어지게 된다. 따라서 본 연구에서는 사중극자 보정항을 추가하여 적분면에서 FW-H 방정식으로부터 발생하는 비물리적인 음향을 저감시키고자 하였다. 먼저 FW-H 방정식에 기초하여 개발한 내부 예측코드의 정확성을 확인하기 위하여 에어컨 실외기에 사용되는 축류팬을 대상으로 검증을 수행하였으며, ANSYS Fluent의 결과와 비교하여 잘 일치하는 것을 확인하였다. 사중극자 보정항의 효과를 확인하기 위하여 등엔트로피 와류 전파에 대한 소음 해석을 수행하였으며, 사중극자 보정항에 의한 오차의 저감 효과가 발생하는 것을 확인하였다. 마지막으로 Clark-Y 수중익형에서 발생하는 공동 유동장을 대상으로 소음 해석을 수행하였으며, 공동이적분면을 통과할 때 발생하는 오차를 사중극자 보정항을 이용하여 저감할 수 있다는 것을 확인하였다. In most industry fields concerning external flow noise problems, the hybrid computational aeroacoustic techniques based on the FW-H (Ffowcs Williams and Hawkings) equation are widely used for its numerical efficiency. However, when the surface integral form of FW-H equation is used without volume quadrupole sources, it is known to generate significant non-physical noise in a certain case. Especially, in the case of a flow in which the tip vortex cavitation is formed in the distant downstream direction such as flow driven by an underwater propeller, the accuracy in noise prediction becomes poor unless it is not properly modelled. Therefore, in this study, the nonphysical acoustic waves caused by the surface integral form of FW-H equation is reduced by adding the quadrupole correction term. First, to verify the accuracy of the in-house code of FW-H equation, the noise by an axial fan used in the outdoor unit of air conditioner was calculated and compared with the results of ANSYS Fluent. In order to verify the effects of the quadrupole correction term, the noise prediction for isentropic vortex convection is performed and it is confirmed that the error is reduced by the quadrupole correction term. Finally, the noise prediction is performed for the flow field generated by the Clark-Y hydrofoil in underwater. It is confirmed that the error caused by the cavitation passing through the integral surface can be reduced by the quadrupole correction term.
김재현,유서윤,정철웅,장동혁,안민기,Kim, Jaehyun,Ryu, Seo-Yoon,Cheong, Cheolung,Jang, Donghyeok,An, Mingi 한국음향학회 2018 韓國音響學會誌 Vol.37 No.6
본 논문에서는 쾌적한 운전 환경을 제공하기 위해 자동차 시트를 냉각시키기 위한 고성능 및 저소음 원심팬을 개발하였다. 먼저 팬 성능 테스터 및 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 시뮬레이션을 이용하여 기존 팬 장치의 유동 특성을 분석하였다. 예측한 유동장 분석을 통하여 팬 허브 팁 근처의 와류 및 팬 허브 상단의 정체된 유동 현상이 관측되었다. 이러한 와류 및 정체 유동을 줄이기 위해 두 가지 설계 요소를 고안하였다. 첫째, 팬 날개와 팬 하우징 최소 간극(cut-off)를 증가시켜 난류강도를 줄이고 그 결과로 전체적인 음압 레벨을 줄이고자 하였다. 둘째, 허브 형상은 정체 유동을 줄이기 위해 형상을 변경하였다. 제안된 설계의 타당성을 수치해석을 통해 확인하였다. 수치해석결과를 바탕으로 프로토타입을 제작하고 팬 테스터에서 측정한 성능 곡선(P-Q curve)과 반무향실에서 측정한 음압 레벨의 분석을 통해서 유동과 소음 성능의 향상을 확인하였다. In this paper, a high-performance and low-noise centrifugal fan is developed for cooling automotive seats which provide a driver with pleasant driving environment. First, the flow characteristics of the existing fan unit was analyzed using a fan performance tester and CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations. The analysis of the predicted flow field indicated vortex flow near the tip of fan hub and stagnation flow on the top of fan hub. Two design points are devised to reduce the vortex flow and the stagnation flow observed in the existing fan unit. First, the cut-off clearance which is the minimum distance between the fan blade and the fan housing is increased to reduce the vortex strength and, as a result, to reduce the overall sound pressure level. Second, the hub shape is more modified to eliminate the stagnation flow. The validity of proposed design is confirmed through the numerical analysis. Finally, a prototype is manufactured with a basis on the numerical analysis result and its improved flow and noise performances are confirmed through the P-Q curves measured by using the Fan Tester and the SPL (Sound Pressure Level) levels measured in the anechoic chamber.
와류 저감을 통한 냉장고 냉기순환용 고성능/저소음 원심팬의 개발
신동휘(Donghui Shin),유서윤(Seo-Yoon Ryu),정철웅(Cheolung Cheong),김태훈(Tae-Hoon Kim),정지원(Jiwon Jung) 한국소음진동공학회 2016 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.4
In this paper, high-performance and low-noise centrifugal fan used to circulate cold air inside a household refrigerator is developed by reducing the vortex flow observed near the tip of fan hub. First, the performance of the existing centrifugal fan is investigated through the experiment using a fan tester and the characteristics of detailed flow field obtained from the CFD simulation are closely examined. The strong vortex flow is observed in the vicinity of the tip of fan hub. Based on this result, new design is devised to reduce this vortex flow. As a result, it is numerically and experimentaly found that the volume flow rate of the new fan increases and the radiated noise decreases in comparison with the existing fan at the same rotation speed.
기어드 모터의 저진동설계를 위한 수치적 · 실험적 고찰
김성훈(Seong-hun Kim),유서윤(Seo-Yoon Ryu),김상현(Sanghyun Kim),홍석일(Seokil Hong),이인혁(Inhyeok Lee),정철웅(Cheolung Cheong) 한국소음진동공학회 2016 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.4
A geared motor is a combination of motor and reduction gear unit. This is widely used in a lot of mechanical devices such as cameras, automobiles. The vibration and noise problem of the geared motor is one of most critical factors to determine its quality. In this paper, the vibration characteristics of geared motors used for power interruption are numerically and experimentally investigated. First, preliminary experiment was carried out to identify main noise sources between the gears and the motor, showing that the gears contributes dominantly. Then, the effects of surface treatments on the vibration of a geared motor are experimentally assessed by comparing the original geared model and the heat-treated model. The surface-treated gears show less vibration than the original ones. Subsequent numerical simulations for the modal analysis of the original one are carried out to characterize its natural frequencies and the corresponding modes shapes. Based on this results, a low-vibration design is devised and its validity is confirmed by comparing numerical simulation result of harmonic analysis with that of the original.