Fan and Impeller Model / 팬과 임펠러 모델

팬과 임펠러 모델은 정의된 지역에 있는 특별한 종류인 “phantom” 구성요소를 이용하여 유체에 모멘텀을 전달한다. 이들은 쉽게 쉽게 형상을 나타내지 못하거나, 너무 빠르게 회전하므로 결과적으로 time step 크기가 너무 작아지게 되는 팬, 프로펠러 그리고 임펠러를 나타내는데 이용하는데, 이 모델은 구역을 정의하고 체적이나 면이 폐쇄되지 않은  “phantom” 형상 구성요소 내로 들어오는 유체에 회전 및 축방향의 속도성분을 유발한다. 이 형상구성요소들은 보통 외경 R 과 두께 L 의 원통(형)이며 이는 회전날개 회전에 의해 만들어지는 체적을 정의한다. 이들은 Component Type 이 Meshing & Geometry → Geometry → Component 에서 Fan/Impeller 로 지정되는 것만 제외하고는 정상적인 구성요소와 같은 방법으로 정의된다. 확대, 회전, 그리고 이동 같은 정상적인 변환을 이용하여 이 구성요소를 어떤 곳으로 이동시키고 방향을 변환시키는 것이 가능하다.

 

형상구성요소가 정의된 후에 다음 단계들이Component Properties Fan/Impeller Object (Phantom) 에서 실행되어야 한다.

상응하는 input boxes 에서 회전축상의 두 점에 대한 x, y 와 z 좌표를 지정한다(즉 변환후의 구성요소의 중심 축). 축방향이 중요한데 물체는 축에 대해 오른손 법칙에 따라 회전한다. 그러므로 점1 에서 점2로 축을 내려다 볼 때 물체는 Spin rate 의 양의 값에 대해 시계방향으로 회전한다.

Spin rate를 단위 시간당 라디안으로 지정한다. 이 양의 방향은 점1에서점2로 정의된다. 일정 회전율에 대해 input box 에서 값을 넣는다. 시간에 따라 변하면 Tabular button 을 클릭하여 직접 시간에 대한 회전율 또는 csv 확장자를 갖는 기존 파일로부터의 Import Values 를 입력한다. 파일은 좌로부터 우로 시간과 회전율을 나타내는 두 열의 데이터를 가져야 한다.
• Specify the Accommodation coefficient for rotational velocity.
• Specify the Axial velocity coefficient.
• Specify the Number of blades to add blade effects (optional).
• Specify the Blade tip thickness in the azimuthal direction (optional).

팬이나 임펠러의 성능은 이 모델이 기술하지 않는 팬의 날개나 형상에 의존하기 때문에 경험적 데이터로부터 Accommodation coefficient for rotational velocityAxial velocity coefficient 를 결정하는 것이 최선이다. 가끔 이런 기구의 제조자들은 이 성능을 소위 “performance curves”라고 불리는 성능곡선으로써 나타내는데, 이는 평균유속 대 기구 통과 시 압력 저하의 그림이다. 모델 성능곡선은 선형근사이며 밑의 그림은 가상의 성능곡선의 예를 보여준다.

모델의 성능곡선은 회전 모멘텀 소스를 기구 두께 통과 시 상응하는 압력저하와 단면을 통과하는 평균유량의 관계에 이용함으로써 유도될 수 있다

1. Fan and Impeller Model

Fig. 11.1: Typical performance curve (solid) and FLOW-3D approximation (dashed).

  • p 는 임펠러를 지난 압력차이이다.
  • ρ 는 유체밀도이다
  • Ad 는 회전속도를 위한 Accommodation coefficient 이다.
  • Sd is the Spin rate,
  • Bd is the Axial velocity coefficient,
  • Q is the net flow rate,
  • R 은 회전날개(component setup에서 정의되는)의 외경이고 R* = R(1 − r3/R3)이며 r 은 회전날개(component setup 에서 정의되는) 최소반경이다

이 관계는 y 절편 ∆p0 와 x 절편 Q0 를 갖는 선형 성능곡선을 표현하며 하기와 같이 나타난다.

주어진 r, 알려진 Spin rate를가지고 이 관계를 사용하여, Accommodation coefficient for rotational velocity 와 Axial velocity coefficient 매개변수가 원하는 성능곡선에 선형근사값을 주도록 계산될 수 있다.
See also:
• Model Reference -> Rotating Axisymmetric Components
• Input Variable Summary and Units section Fan or Impeller Components