팬의 블레이드 각도에 따른 유동특성(학부수준)

소개글

팬은 주변에서 흔히 접할 수 있는 장치로 여러 가지 기계 속에서 다양한 용도로 사용된다. 팬은 유동을 일으키는 날개차(impeller), 날개차로 들어가고 나오는 유동을 안내하는 케이싱(casing)으로 이루어진다. 팬의 분류 방법에는 여러 가지가 있는데 가장 일반적인 방법은 날개차를 통과하는 유동의 특성에 의한 분류이며, 그것은 축류형 송풍기(Axial-flow fan), 반경류형 송풍기(Radial-flow fan), 혼합류형 송풍기(Mixed-flow fan)로 나눈다.
공기의 유동이 날개차의 회전축과 평행 방향으로 발생하면 축류송풍기라고 하며, 이 경우에는 날개차 입구와 출구의 유동 방향이 모두 회전축과 일치한다. 프로펠러형 송풍기, 즉 보통의 가정용 선풍기가 여기에 속한다. 축류형 송풍기는 가해준 에너지가 주로 유체의 속도를 증가시키는 데 사용되며, 따라서 유량은 많이 필요하나 압력은 그리 필요하지 않은 곳에 사용된다.
반경류형 송풍기는 원심력에 의한 압력 증가가 주된 목적이며 따라서 유량보다는 압력이 필요한 곳에 많이 사용된다. 원심형 송풍기는 보통 날개차 입구 유동은 회전축 방향이나 출구 유동은 회전축의 직각 방향이 되도록 나선형의 케이싱을 사용하는 경우와 날개차 입구 유동과 출구 유동이 둘 다 회전축 방향이 되도록 튜브형 케이싱을 사용하는 경우로 크게 구별된다.
혼합류형 송풍기는 날개차 내에서 축 방향과 반경 방향의 유동이 같이 존재하는 경우로 유량과 압력의 증가가 동시에 요구될 때 사용된다. 이외에 날개차의 회전에 의하지 않는 새로운 방식의 팬들이 특수 목적에 사용되기도 하는데, 압전 소자를 이용하여 모터가 필요 없는 팬이 사용되기도 한다. 팬은 그 응용 대상과 작동 특성에 따라 적절히 선택되어야 하는데, 공업적으로는 공기조화 시스템, 각종 흡·배기시스템 등에 주로 사용된다. 그 크기도 컴퓨터용 냉각팬 등 소형으로부터 대형 공업용 송풍기에 이르기까지 다양하다.
이번 연구는 축류형 팬의 impeller와 회전축이 이루는 각도에 따른 유량변화 및 팬의 전·후면의 압력 분포, 그리고 속도 변화를 분석하고, FLUENT를 이용한 복잡한 모델에 대한 해석능력을 함양하는데 목적이 있다.

목차

1. 연구배경
2. 연구목적
3. 연구내용 및 방법
4. 수치해석 결과

본문내용

1. 연구배경

송풍기는 공기를 사용목적에 적합하게 이송시키는 기계로써 산업발전과 더불어 점차 사용이 증가하고 있다. 송풍기는 일반 제조공정, 발전설비 및 보일러의 공기공급용, 광산 및 터널의 급배기용, 건물의 공기조화용 등으로 사용용도가 매우 광범위하며, 에너지 사용량이 크고 또한 에너지 절감 효과가 크게 기대되는 기계이다.
송풍기는 사용목적에 부합되는 설계와 선정 또는 설치, 운영 등을 통하여 에너지를 많이 절약할 수 있는 가능성을 갖고 있으며, 점차 이의 중요성이 인식되어 최종 사용자 입장에서 이러한 목적을 충족시키려 노력하고 있다. 또한 최근에는 에너지 절약뿐만 아니라 작업현장에서의 소음 공해에 대한 관심이 증대되어감에 따라 송풍기에서 발생하는 소음 및 진동을 감소시키기 위한 연구도 요구되고 있으며, 전반적으로 송풍기에 관련된 문제들이 새로운 시각에서 취급되고 있다.
송풍기의 설계를 위해서는 먼저 정확한 유동해석이 필요하다. 기존의 단순화된 이론식이나 실험식을 바탕으로 할 경우에는 성능개선에 한계가 있을 수밖에 없다.
계측장비의 발달에 따라 여러 가지 유체기계에 대한 실험들이 수행되고 있다. Kameler 등은 끝 간극(tip clearance)과 소음에 대한 실험적인 연구를 수행하였으며 Kawai 등은 허브비의 2차 유동에 대한 영향을 실험적으로 해석하였다.
전산유체역학은 많은 공학부분에서 실용적으로 쓰이고 있는데, 그중에서 가장 많이 이용되고 있는 것이 Navier-Stokes방정식을 사용한 유동장해석이다. Rhie 등은 축류팬의 설계를 위해 유동장을 해석하였으며, Dorney 등은 비정상상태의 익렬에 대한 연구를 수행하였다. 또한 Furukawa 등은 천음속에서 날개 후단부에 발생하는 와류의 영향을 검토하였다. 위와 같은 여러 연구에서 Navier-Stokes방정식을 사용한 수치적 해석의 타당함이 입증되었다.
따라서 우리는 이번 학기 FLUENT를 사용하여, 간단하게 송풍기를 해석 하였다.

참고 자료

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