1. Abstract
팬(Fan)이 설치된 유동장을 해석하기 위해서 좌표계 이동 또는 요소망변형 등을 이용하여 팬을 모델링을 할 수 있는데, 이는 모델링과 해석에 있어 많은 노력과 시간이 소요됩니다. 팬 경계조건을 이용하면 복잡한 팬의 형상을 단순화하여 모델링이 가능하게 되므로 모델링 시간이 많이 단축되며, 팬 성능곡선을 사용하여 팬의 유량을 자동으로 계산할 수 있습니다. 다양한 목적으로 팬을 사용하는 시스템의 설계 단계에서 팬 경계조건은 유용하게 활용될 수 있습니다.
2. Technology 배경
팬이 장착된 제품의 유동해석을 수행하기 위하여 팬을 모델링 하는 여러 가지 방법들이 있습니다. 가장 정밀한 방법은 그림 1(a)와 같이 팬을 실제 형상대로 모델링 하여 해석하는 슬라이딩 벽면 경계조건이며, 팬의 정확한 유량을 알고 있다면 그림 1(b)와 같이 팬을 간단한 유체체적으로 모델링 하여 입구단 유량 경계조건을 적용할 수 있습니다.
(a) 슬라이딩 벽면 경계조건 (b) 입구단 유량 경계조건
그림 1 다양한 팬 해석 방법
위 방법을 사용하여 해석을 수행하기 위해서는 블레이드의 회전수 및 유량정보를 알고 있어야 하지만, 설계 단계에서 이와 같은 정보를 정확히 파악하는 것은 불가능하므로 설계 단계에 적용하기에는 부적합한 해석기법이라고 할 수 있습니다.
표 1 팬 해석에 활용되는 방법의 장단점 및 적용성
팬 경계조건은 그림 2와 같이 팬을 간단한 유체체적으로 모델링하고, 팬 제조사가 제공한 팬 성능곡선을 입력하여 팬의 유량을 자동으로 예측할 수 있는 방법입니다.
이 방법은 설계단계에서 활용하기에 적합한 방법으로서, 단순한 모델링으로 사용성이 매우 편리합니다.
그림 2 팬 경계조건 개념
3. Technology 이론 소개
3-1. 팬 성능곡선
모든 팬은 압력과 유량의 관계로 이루어진 성능곡선을 가지고 있습니다. 그림 3(a)와 (b)는 특정 팬의 성능곡선과 시스템 저항곡선을 보여주고 있습니다. y축은 정압으로 팬이 설치된 시스템의 배압(압력저항)을 뜻하며, x축은 유량을 나타냅니다.
대부분의 팬은 시스템의 압력저항이 높으면 유량이 작아지는 특성을 보인다. 시스템의 저항은 유량이 많아질수록 커지게 되는데 고저항 시스템의 경우 저항곡선의 기울기가 급격히 증가하며, 저저항 시스템의 경우 기울기가 완만합니다. 식 (3.1.1)과 같이 시스템 저항은 유량의 제곱에 비례합니다.
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