전산유체해석을 활용한 바디드라이어 내부형상 및 베인 최적화 연구

초록

본 연구는 헤어 및 뷰티 산업의 성장에 발맞춰 가정용 바디드라이어의 소형화 및 성능 개선을 목표로 하였다. 기존의 유도 모터를 사용한 제품들이 크고 무겁고 소음이 큰 단점을 해결하기 위해 소형 고속 BLDC 모터를 도입하였다. 이를 위해 직선형 노즐 구조를 설계하고, Ansys Fluent를 사용하여 전산 유체 해석(CFD)을 통해 다양한 노즐 구조의 공기 흐름을 분석하였다. 바디드라이어 3D 설계는 PTC사의 Creo Parametric 7.0을 사용하여 제품 전체설계 및 내부 유로 구조 설계를 진행하였으며, 5개의 각기 다른 설계모델을 설계하였다. Case 1은 초기 설계한 모델이고, 초기 설계를 수정한 Case 2 모델, Case 2 모델을 기반으로 내부 베인을 추가한 Case 3(베인 1개), Case 4(베인 2개), Case 5(베인 3개)를 추가하여 최적 구조를 설계하였다. 전산유체해석(CFD) 수행은 상용 해석 코드인 ANSYS FLUENT v18.1을 이용하여 수행하였다 유체해석 결과 초기 모델인 Case 1에서 유동 속도 분포의 불균일성이 명확하게 나타났다. Fan 토출구 형상이 공기 흐름을 방해하고 있음을 확인하였고, 이를 개선하기 위해 형상을 수정한 Case 2를 설계하였다. 개선모델 Case 2에 내부 베인을 추가하여 해석을 수행하였다. Case 4(베인 2개) 모델이 면평균 토출속도와 표준편차 측면에서 가장 뛰어난 성능을 나타냈다. 유체의 흐름을 자연스럽게 Outlet으로 배출될 수 있도록 형상을 수정한 모델 Case 6을 설계하였고, Case 7(베인 1개), Case 8(베인 8개), 수행결과 Case 8의 경우가 면평균 토출속도와 표준편차 측면에서 가장 뛰어난 성능을 나타냈다.