철도차량 냉각송풍기 공력성능 향상을 위한 임펠러 익형 최적설계

초록

철도차량의 Variable Voltage Variable Frequency(VVVF) 인버터 및 Static Inverter(SIV) 냉각부에서는 냉각송풍기가 주로 사용되나, 저 레이놀즈 수 운전 조건에서 기존 팬 형상은 효율 저하 문제를 나타낸다. 본 연구 에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 저 레이놀즈 수 영역에 특화된 익형인 LoREMA(Low-Reynolds for Easy Manufacturing Airfoil)를 제안하였다. 제안된 LoREMA는 최대 두께, 최대 캠버, 캠버 위치, 앞전각, 뒷전각 등 주요 익형 기하 변수를 체계적으로 설정하고, 양항비를 성능 기준으로 최적 조합을 도출함으로써 설계되었다. 이를 냉각 송풍기 임펠러 블레이드에 적용하여 수치해석을 수행한 결과, 동일 유량 조건(0.20 m 3 /s)에서 블레이드 및 토출부의 박리가 지연되면서 효율이 67.8%로 측정되었으며, 이는 기존 Mitsubishi 팬 대비 46.9% 향상된 수치이다. 또한 축동 력은 36.5% 감소하여 에너지 효율 측면에서도 우수한 성능을 보였다. 이를 통해 제한된 철도차량 운용 조건에서도 익형 형상 최적화만으로 냉각송풍기의 효율 및 정압을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

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