안티의 기능적 한계에 대한 수치적 조사

Jun 27, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15240(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

축류팬의 실속은 성능 저하, 진동, 소음, 저유량에서의 유동 불안정 등 유해한 현상과 직접적인 관련이 있습니다. 실속을 처리하기 위한 일종의 수동 제어 방식으로 ASF(Anti-Stal Fin)라는 2차원 플레이트를 자체 제안하여 케이싱 내부에 부착했습니다. 본 연구에서는 내부 유동 패턴에 대한 ASF의 영향을 유동 통로에서 시각적으로 조사하였고, 그 경향을 성능 곡선을 통해 논의하였다. 이어서, ASF가 공기역학적으로 도출할 수 있는 다양한 설계 매개변수에 대한 ASF의 기능적 한계가 본 연구의 주요 초점으로 제시되었습니다. 각각의 1인자 분석을 수행하였으며, ASF가 기능을 상실한 지점에서 내부 흐름 패턴을 병행하여 관찰하였다. 방사형 길이, 축 길이, 핀 수, 양의 접선 각도에 대해 ASF는 불안정성을 방지하기 위해 한계까지 기능을 거의 유지했지만 특정 유량에서는 근본적으로 기능을 상실했습니다. 축 간격과 음의 접선 각도의 경우 ASF는 점차 기능을 상실했습니다. 본 연구는 주로 수치해석을 기반으로 하였으며, 실험적 테스트를 통해 성능을 검증하였다.

유체기계의 낮은 유량에서 '스톨'은 입사각의 증가로 인해 다양한 불안정성을 갖는 가장 해로운 현상 중 하나입니다. 우리 분야에서 잘 알려진 이론적, 경험적 논의에 따르면 정지 유량에 포함될 수 있는 불리한 요소는 다음과 같습니다. 성능 곡선의 양의 기울기(저하)(\(Q\)-\(P\) 또는 \(\varPhi\)–\(\varPsi\))1,2; 입구 통로 내부의 역류 및 회전 실속3,4; 블레이드 변동 응력5; 압력 변동6; 진동7,8; 소음9,10. 여기서 역류는 블레이드(로터) 리딩에지(LE)에서 발생하여 유속이 감소함에 따라 스팬방향과 유선방향으로 점차 증가해야 하는 반면, 압력변동, 진동, 소음 등 기타 요인에 대한 세기는 약해질 수 있다. 유량에 반비례하지 마십시오. 각각의 강도에 관계없이 실속유량의 이러한 요인들이 불안정 없이 억제된다면 실속마진의 확대를 통해 효율적인 운전이 확보될 수 있다. 스톨 프리 시스템을 사용하여 유량을 더 넓게 조정할 수 있습니다.

따라서 연구자들은 수십 년 동안 실속을 통제하려고 노력해 왔습니다. 그들의 깊은 노력은 결국 실속 방지 성능으로 결실을 맺었습니다. 그러나 각각은 경우에 따라 크고 작은 단점에 직면할 수 있습니다: 운영 장치 및 시스템; 비용과 시간; 복잡한 디자인; 설치 공간 및 유지 관리; 설계 사양에 따른 성능 저하(또는 변경). 이러한 단점으로 인해 각각의 실속 제어 방법은 산업 현장에 적극적으로 적용되기가 쉽지 않습니다. 실속은 보다 실용적이고 간단한 방법으로 제어될 필요가 있습니다.

일종의 수동 제어 방식으로 ASF(anti-stall fin)라고 불리는 2차원 플레이트를 흡입 케이싱 내부와 샤프트 방향으로 부착하는 것이 제안되었습니다11,12. 설계 과정에서 ASF의 축 방향성(각도, \(\beta\))은 블레이드 입구에서 필연적으로 절대 흐름 각도를 유발하고 설계 흐름 근처에서도 성능 저하(또는 변화)로 이어지기 때문에 고려하지 않았습니다. 즉, ASF는 2차원 기하학을 나타냈습니다. 이 방법으로 얻을 수 있는 특징은 다음과 같습니다. 운영 장치 및 시스템이 없습니다. 추가 공간이 없습니다. 간단한 구성; 즉시성(현장 용접 또는 고정, 반영구적); 설계 사양에 따라 성능이 보장됩니다. 재질(철, 고무, 플라스틱 등)에 관계없이 무엇보다도 이 방법은 \(Q\)-\(P\) 곡선에서 양의 기울기를 억제하는 데 완전히 성공했습니다. 즉, ASF에서는 실속으로 인한 불안정성이 억제될 것으로 예상되었습니다. 여기서는 실속 방지 성능의 기능적 한계를 고려해야 합니다.