앞서 이야기한 Toroidal Propeller를 사용하여 CFD해석을 진행해 보았다. 하는 일이 CFD 해석이라 실제 프로펠러의 성능도 궁금하고 소음이 얼만큼 줄어드는지 확인하고 싶은 마음에 해석을 진행은 하였으나 역시 나 일에 치여 해석 분석 및 글 작성을 치일피일 미루다가 이제야 포스팅을 한다.
해석 모델
해석 모델은 GrapCAD에서 검색한 형상으로 진행하였다. 유사한 형상이 많았는데 그 중 깔금한 형상으로 선정하였다. 형상 선정이 완료 되었으면 먼저 형상에 문제가 없는지 확인하였고, 해석 공간을 만드는 작업을 진행하였다. Blade 지름은 약0.981m이다.
해석공간 및 경계조건
해석 공간 설정
해석 공간 설정은 다른 블레이드 해석과는 다르게 특정 기준을 정해주지 않았다. 일반적으로 블레이드 반지름을 기준으로 상단 10R, 하단 20R, 반경 15R을 사용하지만 이번 같은 경우 반지름을 잡기 애매한 형상이라 임의로 원방 크기 및 회전 공간을 선정하였다.
| 반지름 | 0.95m |
| 원방 – 상부 | 5R |
| 원방 – 하부 | 25R |
| 원방 – 반경 | 10R |
| 회전영역 – 상부 | 0.5R |
| 회전영역 – 하부 | 0.5R |
위와 같이 해석 공간을 생성하였으며, 격자를 생성하여 해석을 진행하였다. 격자는 STAR-CCM+의 polyhedral격자를 사용하였으며, 총 격자 수는 1200만개를 사용하였다.
경계조건은 다음과 같이 설정하였다.
| Boundary | Type |
|---|---|
| Bottom | Pressure Outlet |
| Top | Stagnation Inlet |
| Side | Pressure Outlet |
해석 결과
이 해석 같은 경우 정확한 해석 조건이 없어서 회전 유동해석을 통해 Tip Vortex 생성 여부와 공력 소음을 계산하여 FFT를 진행했을 때 BPF에 의한 Harmonic 성분이 나오는지 확인하고자 했다.
위 해석 결과를 보면 Tip Vortex가 일반 Blade보다 크기가 작은 것을 눈으로 확인 할 수 있었다. 실제 blade의 성능인 추력은 비교 대상이 없어 값이 잘 맞는지, 추력이 잘 나오는지 확인할 수가 없었다. 현재 회전속도는 1750rpm이며, 추력은 2956.8N이다.
공력소음 부분은 해석 파일을 잃어버려서 추가하지 못하였다. 향 후 FFT까지 해서 수정할 예정이다.