International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제6권2호
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pp.94-104
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2013
This paper describes the design to increase the blade loading factor of a low speed axial flow fan from normal 0.42 to highly loaded 0.55. A three-dimensional viscous solver is used to model the flows in the highly-loaded and normal loaded stages over its operation range. At the design point operation the static pressure rise can be increased by 20 percent with a deficit of efficiency by 0.3 percent. In the highly loaded fan stage, the rotor hub flow stalls, and separation vortex extends over the rotor hub region. The backflow, which occurs along the stator hub-suction surface, changes the exit flow from the prescribed axial direction. Results in this paper confirm that the limitation of the two dimensional diffusion does not affect primarily on the fan's performance. Highly loaded fan may have actually better performance than its two dimensional design. Three dimensional designing approaches may lead to better highly loaded fan with controlled rotor hub stall.
The layered composites have a character to change of structure stiffness with respect to the layup angles. The deformations in the fan-blades to be initially designed by considering efficiency and noise, etc., which arise due to the pressure during the fan operation, can make the fan inefficient. Thus, so as to minimize the deformations of the blades, it is needed to increase the stiffness of the blades. An investigation has been performed to develop the three dimensional layered composite shell element with the drilling degree of freedom and the optimization module for finding optimal layup angles with sensitivity analysis. And then they have been verified. In this study, the analysis model is engine cooling fan of automobile. In order to analyzes the stiffness of the composite fan blades, finite element analysis is performed. In addition, it is linked with optimal design process, and then the optimal angles that can maximize the stiffness of the blades are found. In the optimal design process, the deformations of the blades are considered as multiobjective functions, and this results minimum bending and twisting simultaneously.
This present work is to find optimum design of a NACA65 axial fan blade with weighted average surrogate model. The numerical analysis by Reynolds-average Navier-Stokes equations with shear stress turbulence(SST) is discretized by finite volume approximations and solved on hexahedral grids for flow analysis. The blade aerodynamic shape is modified by six design variables for the optimization. The blade profile as well as stacking line is modified to enhance blade total efficiency. Six design variables, airfoil maximum camber, maximum camber location, leading edge radius, trailing edge radius, lean angle at 50% span and lean angle at 100% span, are selected for blade profile to enhance the total efficiency. The PBA model which is basically weighted average of the basis surrogates is used to find the optimal design in the design space from the constructed response surface model for the objective function. By the optimization, the total efficiency is increased by 1.4%.
In this study, the plastic fan with high efficiency and low noise was designed and the capacity of the wind and the wind pressure were analysed and verified by CAE. After designing the metallic mold using the metallic mold design data, and the the metallic mold design was reformed by analysing the process of the material stream and injection filling by CAE. Also the metallic mold cutting data were formed using the metallic mold design data. These cutting data was used to produce the fan electrode by a machining center and then this electrode were used to manufacture the metallic mold by cutting the fan cavity by an electrical spark machine. The purpose of this study is to find out the sub-optimal condition on the productivity and improvement in quality of the plastic fan by integrating a series of this process with a computer.
A cross-flow fan is widely used on many industrial fields: a blower for the general industry, mining industry, automobile and home appliances. The design point of the cross-flow fan is generally chosen by based on the region within low static pressure and high flow rate. It relatively makes high dynamic pressure at low speed because a working fluid passes through an impeller blade twice. However, it has low static pressure efficiency between $30\%$ and $40\%$ because of relative high impact loss. Recently, in the air-conditioning systems, the operating behaviors at the off-design points are highly regarded to broaden the application area for various air-cooling loads. Especially, at the low flow rate, there exists a rapid pressure head reduction, a noise increase and an irregular flow against a rearguider as a scroll of centrifugal fan. Numerical analyses are carried out for cross-flow fan including the impeller, the rearguider and the stabilizer. Numerical domains are discretized by hexahedral cells. Three-dimensional, unsteady governing equations are solved using FVM, SIMPLE algorithm, sliding grid system and standard k-$\epsilon$ turbulence model.
A cleaner has trouble with too much noise and power consumption. To solve these problems, the investigation for motors, which are the main component of vacuum cleaner, is required. However, it is difficult to analyze the flow by the experimental means because of the high speed of the fan rotation ranging from 30,000 rpm to 50,000 rpm. Moreover it takes much time to perform the numerical simulation for the flow. In this research, it is aimed to analyse the flow through the centrifugal fan which is believed to be a main noise source, by the computational method. The efficiency of the centrifugal fan is affected by friction loss, shock loss and so on. Those losses depend on factors like the velocity of impeller, blade shape and etc. Accordingly, the influence of the shape of impeller on the flow is investigated in this study. The computational analysis was done by changing impeller shapes. The flow around the centrifugal fan is simulated by applying the moving mesh. To verify the validity of the computation results, the air flow rate and the pressure field to the cleaner is compared with the experimental data. All simulations are performed by using commercial code SC/Tetra. The calculated results show good agreement with the experimental ones qualitatively and it is believed to be promising to use computational simulation in the improvement of the vacuum cleaner performance.
The operating point of a small-sized axial fan is strongly dependent upon the system resistance. Therefore, the turbulent flow characteristics around a small-sized axial fan may change significantly according to the operating point. This study represents three-dimensional turbulent flow characteristics around a small-sized axial fan measured at the ideal design point $\phi$=0.25, which is equivalent to the maximum total efficiency point, by using three dimensional fiber-optic type LDA system. This LDA system is composed of a 5 W Argon-ion laser, two optics in back-scatter mode, three BSAs, a PC, and a three-dimensional automatic traversing system. A kind of paraffin fluid is used to supply particles by means of fog generator. Mean velocity profiles downstream of a small-sized axial fan along the radial distance show that the streamwise and the tangential components exist in a predominant manner, while the radial component has a small scale distribution and shows the inflection which its flow direction is inward or outward. Moreover, the turbulent intensity profiles show that the radial component exists the most greatly among turbulent energies.
A vacuum cleaner is the widely used home equipment. However, it has a trouble with too much power consumption. Most losses occur at the centrifugal fan. To remedy this trouble the investigation of motor, which is the main component of vacuum cleaner, is required. The flow characteristics around the high-speed rotating centrifugal fan which is influenced by the very low inlet pressure is quite different from a commonly used fan. Hence it is quite difficult to analyze the flow by the experimental means or by the numerical simulation. In this research, it is aimed to improve the air-suction performance of a vacuum cleaner through the flow analysis around a motor. The efficiency of the centrifugal fan is affected by blade shape, blade number, blade pitch, etc. The influence of the shape of impeller on the flow is investigated in this study. The flow around the centrifugal fan is simulated by applying the moving mesh. To verify the validity of the computation results, the air flow rate and the pressure field to the cleaner is compared with the experimental data. All simulations are performed by using commercial code SC/Tetra. The calculated results show good agreement with the experimental ones and it is believed to be promising to use computational simulation in the improvement of the vacuum cleaner performance.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제3권4호
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pp.271-278
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2010
Small-sized axial fans are used as air cooler for electric equipments. But there is a strong demand for higher power of fans according to the increase of quantity of heat from electric devices. Therefore, higher rotational speed design is conducted, although, it causes the deterioration of efficiency and the increase of noise. Then the adoption of contrarotating rotors for the small-sized axial fan is proposed for the improvement of performance. In the present paper, the performance curves of the contra-rotating small-sized axial fan with 100mm diameter are shown and the velocity distributions at a partial flow rate at the inlet and the outlet of each front and rear rotor are clarified with experimental results. Furthermore, the flow conditions between front and rear rotors of the contra-rotating small-sized axial fan are investigated by numerical analysis results and causes of the performance deterioration of the contra-rotating small-sized axial fan at the partial flow rate is discussed.
The aerodynamic performance of a cross-flow fan is strongly influenced by the various design factors of a rear-guider and a stabilizer. The design factors considered in this paper are a rear-guider clearance, a stabilizer clearance, and a stabilizer setup angle, respectively. Also, these factors are given to the various diameter ratio between a basic circle and a impeller. The static pressure and the flowrate of a cross-flow fan were measured with a fan-tester. It could be found that the useful design factors with a good aerodynamic performance exist in the certain assembly conditions of an indoor RAC. Therefore, it could be known that a new published patent determining the easy design of an indoor RAC can be applied in a variety of goods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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