실험계획법을 이용한 날개 없는 선풍기의 노즐 형상 최적 설계 = Optimal Nozzle Design of Bladeless Fan Using Design of Experiments

국문 초록 (Abstract)

날개 없는 선풍기는 특유의 형태로 인한 안전성과 청소의 간편함, 심미성으로 제품화에 성공하였다. 그러나 기존 선풍기에 비해 약한 바람과 모터에 의한 소음과 같은 단점은 구매력을 감소시키는 주요인이며, 따라서 모터의 속도를 증가시키지 않고 바람의 세기를 증가시키는 방안이 필요하다. 본 연구에서는 질량유량에 영향을 주는 인자, 수준을 선정하고 이를 실험계획법인 직교배열표를 이용하여 실험점을 배치하였다. 질량유량의 값은 전산유체해석 프로그램인 ANSYS FLUENT를 사용하여 질량유량의 값을 확인하였으며, 평균분석을 통해 질량유량에 가장 큰 영향을 주는 인자는 노즐 간격임을 확인할 수 있었다. 또한 예측 모델 식을 통해 얻은 질량유량의 값과 전산유체해석의 질량유량의 값이 가장 큰 값으로 일치하는 것을 나타내었다. 본 연구를 통해서 모터의 속도를 증가시키지 않더라도 형상 변화를 통해 질량유량의 증가시킴을 확인할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Bladeless fan is becoming increasingly popular owing to its advantages, such as improved safety, easy to clean, and attractive shape. However, many people are reluctant to purchase it because of several disadvantages, such as noise and moderate wind; therefore, research on how improve wind generation without increasing the motor speed is required. This study investigates the optimization of the shape of the nozzle and nearby surface using CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation, ANSYS fluent. The results are analyzed by ANOM (analysis of mean) and interaction analysis; therefore this study suggests the variables of affecting Coanda effect and satisfy the govern equation, the conservation of momentum. The optimal combination was found through a predictive equation. In this study, factors and levels that affect the mass flow rate were selected and experimental points were arranged using the orthogonal array table. The value of the mass flow rate was confirmed by ANSYS fluent, which is a CFD program. Through the ANOM, it was confirmed that the nozzle distance is the most influential parameter affecting the mass flow rate. Furthermore, the mass flow rate obtained from the predictive equation and the mass flow rate from the CFD correspond to the largest values. Results from this study confirmed that the mass flow rate is increased by a change in the shape, even if the motor speed did not increase.