CFD를 이용한 소형 2단 터보블로워의 공력해석

Abstract

터보블로워는 상대적으로 적은 체적유량에서 높은 압력이 요구되는 곳에 사용되는 대표적인 유체기계로서 다양한 산업에 응용되어 사용된다. 본 연구에서는 고속으로 회전하는 소형 2단 터보블로워의 정압상승 메커니즘을 이해하기위해, 1단 임펠러 영역과 터보블로워 전체영역에 대해서 상용툴인 ANSYS 14.5를 이용하여 CFD해석을 수행하였다. CFD 해석과정에는 역압력 구배에 의한 유동박리 예측에 적합한 k-ω SST 난류 모델을 적용하였다. 터보블로워의 전산해석 결과는 KS B 6311 및 KS A 0612에 따른 성능시험방법을 통하여 해석기법이 타당함을 검증하였다. CFD 해석결과 터보블로워의 압력상승은 선형적으로 나타나지 않으며, 안내깃에서의 손실과 케이싱과 임펠러 간극에서 손실이 발생하는 것으로 분석되었다. 소형2단 터보블로워를 공력성능을 예측하기 위해서는 전체 유동영역에 대한 전산 해석이 필요하며, 실험과 전산해석의 오차에 대해 고려된 전산해석 결과가 선정되어야 한다.

Aerodynamic characteristics of the small two-stage turbo blower were investigated using commercial CFD tool(ANSYS CFX Ver. 14.5) in this paper. Turbo blower, which is a centrifugal type of turbomachinery, is used in various industries. It is used for application that required high static pressure rising at relatively small volumetric flow rate. In order to understand the mechanism of static pressure rising, the aerodynamic characteristics of the small two-stage turbo blower are analyzed at high rotating speed in this study. The k-ω SST turbulence model, which is good at prediction of adverse pressure gradient flows, was applied. The CFD results of the turbo blower are validated by performance test. The static pressure rising of the turbo blower is nonlinearly increased over the first stage and the second stage. The secondary flow occurred at guide vanes, between the casing and the first impeller shroud, and the bottom of the impeller disk. As a result, It is required that whole fluid area is analyzed to predict aerodynamic characteristics of small two-stage turbo blower. and the result should be selected with considering for error from experiment and CFD.