축류 팬 허브의 홀 형상 최적화를 통한 모터 열 해석 및 유동 특성에 대한 수치해석적 연구

Abstract

축류 팬의 구동에 이용되는 모터는 내부 저항으로 인해 열이 발생하며, 이는 성능저하 및 수명 단축의 원인이 된다. 본 연구에서는, 팬 허브 부의 홀 형상 최적화를 이용하여 피동유동제어(Passive Flow Control : PFC) 방법을 통한 모터의 냉각을 확인하였다. 4개의 형상 설계변수를 선정하여 Optimal-Space Filling Design 방법을 이용한 설계점을 생성하였다. 크리깅(Kriging) 기법을 이용하여 반응면을 구성하였고, 다목적 유전 알고리즘 (Multi-Objective Genetic Algorithm : MOGA)을 이용한 최적화 과정은 근사모델이 예측한 값과 전산해석 값의 오차가 0.1% 이하를 만족한 후 종료하였다. 초기 형상과의 비교 결과, 최적화 형상은 축류 팬 허브 부의 후면에서 전면으로 이동하는 유동을 발생시켰으며, 추가적인 에너지 소모 없이 모터의 최대 표면온도는 동일 회전속도에서 17.47K, 동일 전압력 조건에서 6.21K 감소하였다.; The motor used to drive the axial flow fan generates heat due to internal resistance, which affects performance degradation and shortened life span. In this study, the cooling of the motor through the passive flow control (PFC) method was confirmed using the hole shape optimization of the fan hub. Four design parameters were selected and design points were created by using optimal-space filling design method. The Kriging model was used th construct the response surface. The optimization process using the multi-objective genetic algorithm (MOGA) was performed until the error between the candidated value and the CFD value was less then 0.1%. As a result of comparison with the initial shape, the optimized shape generated a flow moving from the back to the front of the axial fan hub. The maximum temperature of the motor was reduced by 17.47K with the same rotational speed. On the other hand, 6.21K was reduced with the same total pressure condition compared with the initial shape.