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.
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.
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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