회전운동에 대해서 가장 흔하게 보는 것은 자동차 계기판의 회전 속도계입니다. RPM (Revolution Per Minute) 로 표현하며 회전속도에 대해서 이야기 합니다. 차량 운행할 때는 보편적으로 3,000 RPM 이하 값을 많이 운용하기도 합니다.
주변에 다양한 산업분야에서 회전운동을 이용한 설계를 진행합니다. 대표적으로 물질을 섞는 교반기, 믹서, 세탁기 등 다양하게 사용합니다. 회전 속도가 빨라질수록 주변 흐름의 영향이 커지기 때문에 면밀한 검토가 요구되고 효율적인 검토를 위해 MRF 기법을 쓰기도 합니다.
헤어드라이어에서 유체해석은 왜 필요할까요?
헤어드라이어 유체해석은 헤어드라이어 고회전 환경에서 제품의 성능을 평가하고 개선하는 과정으로 중요한 역할을 합니다. 헤어드라이어의 가장 중요한 점은 적은 효율로 높은 직선 풍량을 발생 시켜 빠르게 머리를 말릴 수 있도록 하는 것입니다. 최적화된 유로와 성능저하 요소를 제거함으로써 같은 전력으로 높은 풍량을 만들고자 최적화 설계를 진행하게 됩니다.
산업분야에서 이러한 노력을 통해 경쟁력을 확보하는데 주력하게 됩니다. 높은 품질의 제품은 사용자에게 더 나은 경험을 제공하며, 에너지 효율성을 향상시키는 것은 환경에 대한 긍정적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 제품의 시장 경쟁력을 높일 수 있습니다.
실험을 통한 성능 개선은 결과론적인 값만 확인이 가능하므로 문제점에 대해 파악하는데 매우 오랜 시간이 소요되기 때문에 CAE SW 를 통한 가상공간 내 다양한 설계안에 대해 유로를 가시화하고 최적화된 형상안을 찾는데 많이 활용하고 있습니다.
헤어드라이어에 대한 해석 고려사항은 어떤 것인가?
헤어드라이어와 같은 소형 장비에서는 자동차, 세탁기, 교반기 등 큰 제품에 비해 고회전운동을 기반으로 진행하게 됩니다. 특히 헤어드라이어는 높은 직성의 풍량을 만들어내기 위해 10,000 RPM 에 근사하거나 높은 회전운동을 강제로 발생시키며, 성능에 따라 20,000 RPM 에 가까운 회전운동을 하기도 합니다.
재순환영역, 역류 등에 의한 성능저하요인에 대하여 파악을 위해서는 내부의 유체흐름에 대한 면밀한 분석이 필요하나, 10,000 RPM 수준의 고회전 운동에서 직접적인 time domain 으로 풀기에는 비효율적인 접근이 될 수 있습니다. 따라서, 전체 유체흐름 확인을 위해 회전부에 대해서는 상대운동으로 가정하여 MRF (Moving Reference Frame) 기법을 활용해 단순화 표현을 하게 됩니다.
이번 예제에서는 헤어드라이어에 대해 MRF 를 적용하여 해석하며, 내부 스테이터, 유로, 성능저하요인, 토출속도 등 전반적인 확인을 목표로 합니다. 2가지 형태에 대해서 주요 변수 및 영향에 대한 결과를 확인하는 시간을 가져보도록 하겠습니다.
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