< PreviousJunhyeok Yang, Jongseob Won, and Wonjin Kim 한국음향학회지 제 41 권 제 6 호 (2022) 696 According to the modal analysis results of the structure shown in Fig. 9, unlike the conventional two-point contact structure, the rotation mode shown in the two-point contact structure disappears. Furthermore, the second and third modes in the two-point contact structure again appear in order. Twenty DC relays applied with the proposed design were fabricated, and a set of tests were conducted to verify its applicability using a DC power source (discussed in Section 3). Fig. 11 shows the noise frequency spectrum resulting from the tests. As shown in the figure, for the three samples randomly selected among 20, we observe that high-frequency noise disappears compared with the existing two-point contact structure. V. Conclusions In this work, a structural and straightforward design is proposed to reduce the high-frequency sound emitted from a DC relay during operation. The characteristics of high-frequency sound were investigated via the actual driving and laboratory level tests. It is found from the investigation that the noise is caused by the forced vibration of the relay's components, which are exerted by the electromagnetic repulsive force. The repulsive force at hand is one generated at the electric contacts through which electric power is flowing. FE models, including electric contacts (the stationary and movable contacts) and the contact spring, are established to conduct vibration mode analyses. Through vibration mode analyses, an alteration of the movable contact structure is proposed, and its prototype relays applied with the proposed design are fabricated. Vibration reduction capability was evaluated for the relays with the proposed design through trans- mitting DC power to the relay and measuring its sound pressure level. Evaluation results say that the vibration at 722 Hz generated from the existing relay with the two- point contact structure disappears. From the observation, one can conclude that the proposed design gives one of the simple but viable solutions to reduce the relay’s high- frequency noise. References 1.J. Y. Yong, V. K. Ramachandaramurthy, K. M. Tan, and N. Mithulananthan, “A review on the state-of- the-art technologies of electric vehicle, its impacts and prospects,” Renewable Sustainable Energy Rev. 49, 365-385 (2015). 2.F. Un-Noor, S. Padmanaban, L. Mihet-Popa, M. N. Mollah, and E. Hossain, “A comprehensive study of key electric vehicle (EV) components, technologies, challenges, impacts, and future direction of develop- Fig. 9. (Color available online) Three-point contact FE model for mode analysis. (a) An overhead view, (b) yz- and (c) xz-plane view. Fig. 10. (Color available online) Mode analysis result for three-point contact model. (a) First mode, 3850 Hz, (b) second mode, 3884 Hz and (c) third mode, 4423 Hz. Fig. 11. (Color available online) Noise frequency spectrums for samples applied with the design of three-point contact.Towards reducing acoustical high-frequency noise of a direct current relay via contact structure The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.41, No.6 (2022) 697 ment,” Energies, 10, 1217 (2017). 3.P. Vijayraghavan and R. Krishnan, “Noise in electric machines: a review,” IEEE Trans. Ind. Appl. 35, 1007- 1013 (1999). 4.D. Hubbard, “Reducing noise on the output of a switching regulator,” TI, ADJ, Rep., 2018. 5.J. Hua, “Output Noise Filtering for DC/DC Power Modules,” TI, ADJ, Rep., 2019. 6.T. Ito and K. “Akatsu, Electromagnetic force acquisi- tion distributed in electric motor to reduce vibration,” Proc. 18 th ICEMS, 1329-1333 (2015). 7.V. Umesh, S. Mishra, S. Simon, A. K. Singh, and P. 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His research interests include control of noise and vibration, mechanical dynamics ▸Jongseob Won (원종섭) He received his Ph.D. degree in Mechanical Engineering from Texas A&M University, USA, in 2003. He is now a professor in Mechanical & Automotive Engineering of Jeonju University, Jeonju, Korea. His current research interests include vibration control, hybrid vehicle, and intelligent control and its application to robotic hands and object manipulation. ▸Wonjin Kim (김원진) He received received his Ph.D. degree in Mechanical Engineering from KAIST, in 1993. He is now a professor in Mechanical Engineering of Keimyung University, Daegu, Korea. His current research interests in- clude noise and vibration control, structural dynamic analysis, source and system identification.I. 서 론 파이프 혹은 덕트 등의 유체기계시스템의 구성요 소들은 단면적의 변화를 통해 압력변화를 야기하여 기계적 기능을 수행하는 경우가 잦다. 특히 이러한 단면적의 변화가 두드러지는 영역을 노즐이라 칭하 며, 노즐의 내부유동으로 인해 발생하는 소음은 기 계적 진동과 관련되어 시스템의 파손을 야기하거나 혹은 노즐 외부로의 방사소음으로 나타나 불편함을 야기한다. 노즐 내부 유동으로 인해 발생하는 공력 소음을 저감하기위해 다양한 연구들이 진행되었으 며, 마찬가지로 공력소음원의 발생 메커니즘 분석에 대한 연구도 진행되어져 왔다. 그러나, 주로 공력소 음원을 직접적으로 분석하기보다는 간적접인 방식 으로 분석하였으며, 직접적인 공력소음원을 분석하 고 이를 외부로 방사되는 소음과 연관시켜 분석하는 노즐 내부 유동 소음원에 의한 공력 소음의 정량적 분석 A quantitative analysis of aerodynamic noise by sound sources from a nozzle inflow 이권기, 1 정철웅, 1† 박경훈 2 (Kwongi Lee, 1 Cheolung Cheong, 1† and Kyeonghun Park 2 ) 1 부산대학교 기계공학부, 2 LG전자 (Received October 25, 2022; revised November 15, 2022; accepted November 21, 2022) 초 록: 본 논문에서는 노즐 내부 유동의 소음원으로부터 발생되어 방사되는 공력 소음을 정량적으로 분석하였으며, 이를 외부 방사소음 결과와 비교하였다. 세가지 종류의 노즐 형상에 대해 내부 및 외부 유동을 정확히 예측하기 위해 고해상도 수치해석 기법인 비정상 압축성 대와류모사(Large Eddy Simulation, LES) 기법을 사용하였다. 와류소음원 (Vortex Sound Source)을 통해 유동소음원을 확인하였으며, 이를 통해 노즐 내부 형상에서 주요 유동소음원의 분포 를 확인하였다. 노즐 내부 유동의 와류소음원 레벨과 외부 방사 소음의 예측결과 및 측정결과와 비교하였으며, 이를 통해 정량적 분석을 검증하였다. 핵심용어: 노즐 내부 유동, 외부 방사 소음, 와류소음원, 대와류모사 (Large Eddy Simulation, LES) ABSTRACT: In this paper, the radiated aerodynamic noise generated from sound sources of a nozzle inflow is quantitatively investigated and compared with experimental results of externally radiated noise. A high-resolution unsteady compressible Large Eddy Simulation (LES) technique is used to accurately predict the internal and external flow of three types of nozzle shape. Through using the vortex sound source for sound sources, the geometry of nozzle neck is identified as most significant aerodynamic noise sources. For validation of quantitative analysis, the vortex sound source intensity of internal nozzle flow is compared with results of external radiated noise of calculation and experiment. Keywords: Sound source of nozzle internal flow, External radiated noise, Vortex sound source, Large Eddy Simulation (LES) PACS numbers: 43.28.Py, 43.28.Ra 한국음향학회지 제41권 제6호 pp. 698～704 (2022) The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.41, No.6 (2022) https://doi.org/10.7776/ASK.2022.41.6.698 pISSN : 1225-4428 eISSN : 2287-3775 †Corresponding author: Cheolung Cheong (ccheong@pusan.ac.kr) School of Mechanical Engineering Pusan National University, 2, Busandaehak-ro 63beon-gil, Geumjeong-gu, Busan 46241, Republic of Korea (Tel: 82-51-510-2311, Fax: 82-51-514-7640) Copyrightⓒ2022 The Acoustical Society of Korea. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 698노즐 내부 유동 소음원에 의한 공력 소음의 정량적 분석 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.41, No.6 (2022) 699 방법은 아직 연구가 많이 수행되지 않고 있는 실정 이다. 본 연구의 목적은 복잡한 노즐 내부유동의 주 요 공력소음원을 확인하고, 이를 외부 방사소음과 비교하여 정량적 분석 기법을 개발하는 것이다. 복잡한 노즐 내부 유동 소음원과 외부 방사 소음 을 분석하기에 적절한 응용 예시로 무선 진공청소기 입구 노즐에서 발생하는 공력소음이 적절하다. 진공 청소기에서는 먼지흡입을 위한 압력차로 인해 고속 의 유동이 발생하며, 이로 인해 청소기 입구부의 복 잡한 노즐 형상에서 유동소음원이 생성되어 외부로 방사된다. 이러한 진공청소기에 대해서, Brungart와 Lauchle [1] 은 팬 하우징의 형상변화와 불균일한 팬블 레이드 배열이 소음 저감에 효과적임을 실험적으로 보였다. Kale et al. [2] 은 소음저감과 효율개선을 위해 흡음 머플러를 적용한 진공청소기를 실험적으로 설 계했다. Jafar et al. [3] 은 진공청소기 필터의 재료를 변 경하여 광대역소음을 실험적으로 저감했다. Son et al. [4] 은 Plackett-Burman 설계 기법을 적용하여 최적설 계를 위한 설계 변수를 선정하였고, 이를 실험적 그 리고 수치적으로 적용하여 진공청소기의 팬-모터 단품을 설계하였다. Kim et al. [5] 은 반응표면법과 가 상 팬성능시험기를 이용하여 무선 진공청소기의 임 펠러 블레이드에 대해 고성능 저소음 설계를 제안하 였다. 그러나 대다수의 진공청소기의 소음에 대한 선행연구들은 주요 소음원 중 하나로 알려진 팬소음 을 대상으로 하였으며, 본 연구의 대상이 되는 진공 청소기 노즐 내부유동에 의한 공력소음은 아직까지 연구가 미비하다. 그러므로 본 연구에서는 진공청소 기 노즐 내부유동에 의한 공력소음을 대상으로 하 여, 주요 공력소음원을 확인하고 발생 메커니즘을 분석하려한다. Lighthill [6,7] 은 Navier-Stokes 방정식으로부터 파동 방정식을 유도하여 최초로 공력소음원을 정의하였 다. Howe [8] 는 Lighthill의 소음원을 와류소음원(vortex sound source)으로 재구성하였다. Lee et al. [9] 은 와류 소음원을 차량 사이드미러의 미세틈새에서 발생하 는 휘슬음의 공력소음원을 와류소음원을 이용하여 분석했으며, 휘슬음의 발생 메커니즘을 성공적으로 규명하였다. 또한 Kim et al. [10] 은 와류소음원을 사용 하여 고압 밸브 유동에서의 다공판 사용으로 내부 공력소음 저감을 정성화 하였다. 본 연구에서 복잡 한 파이프 노즐 내부 유동의 공력소음원 정량화를 위해 와류소음원을 사용하였다. 먼저, Model A, Model B, 그리고 Model C로 명명한 세 종류의 무선 진공청소기 입구 노즐 형상에 대해 서 고해상도의 대와류모사 기법을 사용하여 유동해 석을 수행하였으며, 와류소음원을 이용하여 노즐 내 부 유동의 공력소음원을 수치적으로 가시화하여 노 즐 내부에서 주요 공력소음원의 분포를 확인하였다. 이를 바탕으로 노즐 내부 유동의 와류소음원 레벨의 스펙트럼을 계산하였고, 외부 방사소음의 수치적 그 리고 실험적으로 측정한 음압 스펙트럼과 비교하여 본 연구에서 제안하는 노즐 내부 유동 소음원에 의 한 외부 방사소음의 정량적 분석을 검증하였다. II. 지배방정식 및 수치기법 본 연구는 상용 프로그램인 ANSYS Fluent V19.1을 사용하였으며, 3차원 비정상 압축성 대와류모사 기 법을 사용하여 시간 및 공간 영역에서 고해상도의 수치해석이 수행되었다. 이를 통해 노즐 내부 유동 의 유동장 및 와류소음원을 이용한 소음원 분포를 확인하고, Ffowcs-Williams and Hawkings(FW-H) 적분 방정식을 사용하여 방사소음을 예측하였다. 2.1 대와류모사 Wall-Adapting Local Eddy-Viscosity(WALE) 아격자 모델 [11] 을 동반한 3차원 비정상 압축성 대와류모사 [12] 기법은 다음과 같다. .(1) .(2) 이권기, 정철웅, 박경훈 한국음향학회지 제 41 권 제 6 호 (2022) 700 ′ ′′ ′ ′ ′ ′ ′ .(3) 이때, 와 같은 윗줄 표현은 공간평균을 뜻하며, x’ 와 같은 표현은 섭동값을 뜻한다. 는 응력텐서를 뜻하며, 는 아격자스케일 응력텐서를 뜻한다. Eq. (1) ~ (3)은 유한체적법을 이용하여 수치계산되었다. 2.2 Ffowcs-Williams and Hawkings 방정식 Ffowcs-Williams and Hawkings(FW-H) 방정식이 음 압 스펙트럼을 예측하기 위해 사용되었으며, 아래와 같다. ′ ∙ .(4) 낮은 Mach 수의 유동장을 예측할 경우, Eq. (4)의 우항에서 3번째 항으로 표현되는 사중극자 소음원 의 기여도는 무시가능하다. 본 연구에서는 단극자와 쌍극자 소음원만이 방사 공력소음 예측에서 고려되 었다. 2.3 와류소음원 Lighthill [6,7] 은 연속방정식과 Navier-Stokes방정식을 비동차 파동 방정식으로 변형하여, 난류 유동에서 공려소음원을 정의하는 엄밀해를 유도하였다. 해당 되는 파동 방정식은 비동차 항이 소음원의 역할을 하며 아래와 같다. ∇ ,(5) 이때, , , 는 각각 음속, 밀도, 평균밀도를 뜻한 다. 은 Lighthill의 텐서이며 아래와 같다. .(6) 이때, , , 는 각각 압력, 평균압력, Kronecker delta 를 뜻한다. 비점성, 고레이놀즈수, 단열 조건에서 공 력소음원은 아래와 같이 근사할 수 있다. ∼ × ∇ .(7) 이때, 는 와도를 뜻한다. Lighthill의 방정식이 유도 된 후, Howe [8] 는 이를 아래와 같이 정의되는 전엔탈 피 B를 이용하여 재구성하였다. ≡ .(8) 이때, 엔탈피 h는 아래와 같다. (9) 등엔트로피 유동에서, B는 아래와 같이 근사되며, 이는 독립 음향 변수로 고려된다. ∼ .(10) 저레이놀즈수의 난류, 압축성, 등엔트로피 유동 에서, Lighthill의 방정식은 아래와 같이 효과적으로 근사된다. ∇ B∼ × .(11) 이는 B로 표현되는 소음이 와도의 움직임에 의해 발생함을 의미하며, Eq. (11)의 우항은 본 연구에서 와류소음원으로 정의한다.노즐 내부 유동 소음원에 의한 공력 소음의 정량적 분석 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.41, No.6 (2022) 701 III. 대상 모델 및 해석 영역 노즐 내부 유동의 공력소음원을 분석하기 위해, Fig. 1과 같이 세 종류의 노즐을 고려하였으며, Model A, Model B, 그리고 Model C로 명명하였다. 세 노즐 모두 복잡한 내부 형상을 포함하고 있으며, 본 연구 의 목적인 복잡한 노즐 내부유동의 유동소음원을 효 과적으로 발생시키는데 적합하기에 선정하였다. 세 종류의 노즐에 대해서 유동해석을 수행하기 위 해 Fig. 2(a)와 같이 해석영역을 구성하였다. 해당 영 역은 소음측정을 시행한 반무향실과 동일한 크기로 구성하였으며, 영역의 하단부는 벽면경계조건을, 측면 및 상단부는 압력 출구 경계조건을 적용하였 다. 본 연구는 고해상도의 격자를 이용한 비정상 압 축성 대와류모사 기법을 이용하여 노즐 내부 유동에 의한 공력소음원을 높은 정확도로 포착함을 목표로 한다. 이를 위해 Fig. 2(b)와 같이 노즐 내부 유동 영역 만을 타겟으로 하여 구성하였고, 노즐 내부 유동을 위해 속도분포의 출구 경계조건을 적용하였다. 또한 Fig. 2(c)와 같이 유동 소음 해석을 위한 FW-H 방정식 계산을 위해 적분면의 위치를 선정하였으며, 노즐 내부 유동에 의한 주요 소음원들을 모두 포함할 수 있도록 하였다. 속도 분포 출구 경계부터 FW-H 적분 면 사이의 영역은 최대 1 mm의 고해상도 유동 격자 계로 구성하였으며, 노즐 내부 유동 소음원 및 유동 소음이 충분히 잘 전파될 수 있도록 후술할 소음 측 정 실험의 주파수 범위를 고려하였다. 전체 격자계 는 사면체 타입의 격자가 사용되었으며, 경계층의 정확한 모사를 위해 프리즘 형태의 격자를 이용하여 가 1이하를 만족시키도록 구성하였다. 전체 격자 는 약 9,500만개로 구성하였다. IV. 결과 및 고찰 4.1 노즐 내부 유동의 수치해석 결과 노즐 내부 유동의 공력소음원을 모사하기위해 대 와류모사 기법을 사용하여 고해상도의 수치해석을 수행하였다. Fig. 3과 같이 세 종류의 노즐 형상에 대 해 유동 속도와 와류소음원 섭동의 분포를 통해 예 측한 유동장을 비교하였다. Model A의 경우 노즐 입 구부의 각진 형상과 구부러진 관 형상이 두드러지 며, 이는 Fig. 3(a)와 같이 전단층을 유발한다. 이러한 전단층을 따라 Fig. 3(d)와 같이 강한 와류소음원 섭 동이 발생함을 확인할 수 있다. Model B의 경우 Fig. 3(b)와 같이 Model A에 비해 노즐 입구부의 각진 형 (a)(b)(c) Fig. 1. Geometry of target nozzle model: (a)Model A; (b) Model B; and (c) Model C. (a)(b)(c) Fig. 2. (Color available online) Computational domain for flow region: (a) dimensions and boundary conditions; (b) detailed nozzle inflow with boundary condition applied; and (c) grids on sectional plane.이권기, 정철웅, 박경훈 한국음향학회지 제 41 권 제 6 호 (2022) 702 상이 제거되었고, 이로 인한 전단층 발생이 억제되 어 해당 영역에서의 와류소음원이 Fig. 3(e)와 같이 저감되었으나 구부러진 관 형상 부근에서 여전히 강 한 와류소음원 분포를 확인할 수 있다. Model C의 경 우 Fig. 3(c)와 같이 Model A에 비해 노즐 입구부의 각 진 형상 및 구부러진 관 형상이 모두 제거되어 전단 층 발생 억제 및 매끄러운 속도 분포를 확인할 수 있 으며, 이로 인한 와류소음원 섭동이 Fig. 3(f)와 같이 저감됨을 확인할 수 있다. 이를 통해, Model C의 노즐 내부 유동 소음원에 의한 공력 소음은 가장 낮을 것 으로 예상할 수 있으나, Model A와 Model B는 명확한 비교가 어렵다. 4.2 수치해석 결과 및 실험 결과 비교 노즐 내부 유동에 의해 방사되는 음압 스펙트럼을 FW-H 방정식을 이용하여 예측하였다. Fig. 4(a)에서 실험에서의 측정점과 동일한 위치에서의 수음점을 표현하였다. 실험과 해석의 수음점은 본 연구의 대 상이 되는 무선 진공청소기 시스템에서 일반 소비자 들의 소음에 노출되는 위치를 고려하여 적절한 위치 를 선정하였다. Fig. 4(b)는 Fig. 4(a)의 두 수음점의 실 (a)(b)(c) (d)(e)(f) Fig. 3. (Color available online) Instantaneous flow fields of nozzle inflow: (a-c) flow velocity; (d-f) vortex sound source fluctuation normalized by cell volume; (a), (d) Model A; (b), (e) Model B; (c), (f) Model C. (a) (b) Fig. 4. (Color available online) Comparison of spec- trums between numerical and experimental sound pressure level and predicted vortex sound source level: (a)locations of observation points; (b) sound pressure spectral levels and vortex sound source levels according to nozzle shapes.노즐 내부 유동 소음원에 의한 공력 소음의 정량적 분석 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.41, No.6 (2022) 703 험과 수치해석의 평균 스펙트럼의 비교를 나타낸다. 실험 음압 스펙트럼의 경우 무선 진공 청소기의 전 체 조립품에서 방사되는 소음 측정 결과이므로, 노 즐 내부 유동에 의한 공력소음 외에도 전체 시스템 에서 발생하는 팬소음, 모터소음 등의 모든 공력소 음원을 포함하며 여러 소음원 성분들이 전체 주파수 범위에서 혼재되어있다. 반면에 FW-H 방정식으로 예측한 음압 스펙트럼은 노즐 내부 유동에 의한 공 력소음 정보만이 FW-H 적분면에 존재하므로 실험 스펙트럼에 비해서 음압 스펙트럼 레벨이 상대적으 로 낮게 예측된다. 또한 어느 성분이 노즐 내부 유동 에 의한 공력 소음인지 알 수 없기 때문에, 노즐 내부 형상에 의한 공력소음의 정량적 평가가 불가능하다. 이처럼 실험을 통해 측정하는 음압 스펙트럼에 서, 여러 소음원에 의한 공력소음 성분이 동시에 존 재한다면 이를 구분하여 분석하기가 어렵다. 그러므 로 본 연구의 목적인 노즐 내부 유동 소음원에 의한 공력 소음의 정량적 분석을 위해, 노즐 내부 유동의 와류소음원 분포를 노즐 내부 유동에 해당하는 체적 에 대해 체적적분을 수행하였다. 해당 결과의 스펙트 럼을 Fig. 4(b)와 같이 와류소음원레벨(Vortex Sound Source Level)로 표현하였다. 전 주파수에서 Model A 의 와류소음원레벨 스펙트럼이 Model B의 결과보다 낮게 예측되며, Model C의 결과보다 높게 예측된다. Table 1은 Model A ~ C의 Overall Sound Pressure Levels (OASPLs)를 비교하였다. 실험에서의 OASPL은 Model B가 가장 크며, Model C가 가장 작게 측정되었다. 수 치해석에서의 OASPL 또한 마찬가지로 Model B가 가장 크며, Model C가 가장 작게 예측되었다. 실험과 수치해석의 OASPL 경향성이 일치하며, 이는 와류 소음원레벨의 스펙트럼의 경향성과도 일치한다. 또 한, 이는 Fig. 3에서 Model C의 와류소음원 섭동 분포 가 가장 약했던 경향성과도 일치한다. V. 결 론 본 연구에서는 무선진공청소기 시스템에서 복잡 한 노즐 내부유동의 공력소음원을 확인하고, 이를 외부 방사소음과 연관짓는 체계적인 수치적 분석법 이 제안되었다. 먼저, 고해상도의 비정상 압축성 대 와류모사 기법을 사용하여 대상으로 하는 세 종류의 노즐 형상들의 내부유동을 수치해석 하였다. 와류소 음원 섭동 분포를 통해 주요 공력소음원을 확인하였 다. 다음으로, FW-H 방정식을 이용하여 예측한 음압 스펙트럼을 실험을 통해 측정한 음압 스펙트럼과 비 교하였다. 전반적인 음압 스펙트럼의 경향성이 계산 결과와 실험 결과에서 동일하였으며, OASPL 경향 성 또한 동일하였고, 이를 통해 소음해석결과를 검 증하였다. 마지막으로, 노즐 내부 유동의 와류소음 원 레벨 스펙트럼을 외부 방사소음 음압 스펙트럼과 비교하였으며 마찬가지로 경향성이 잘 일치함을 확 인하였다. 이를 통해 복잡한 내부 유동 소음원을 이 용하여 외부로 방사되는 공력소음의 정량적 분석법 을 검증하였다. 감사의 글 본 과제(결과물)는 교육부와 한국연구재단의 재 원으로 지원을 받아 수행된 3단계 산학연협력 선도 대학 육성사업(LINC 3.0)의 연구결과입니다. References 1.T. A. Brungart and G. C. 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XYX +0.6 Y +4.3 X -1.8 Y -1.1이권기, 정철웅, 박경훈 한국음향학회지 제 41 권 제 6 호 (2022) 704 of cordless vacuum cleaner by optimal designing of splitter blades for impeller” (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 39, 524-532 (2020). 6.M. J. Lighthill, “On sound generated aerodynamically. I. general theory,” Proc. R. Soc. A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 211, 564-587 (1952). 7.M. J. Lighthill, “On sound generated aerodynamically. II. turbulence as a source of sound,” Proc. R. Soc. A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 222, 1-32 (1954). 8.M. S. Howe, “Contributions to the theory of aero- dynamic sound, with application to excess jet noise and the theory of the flute,” J. Fluid Mech.71, 625-673 (1975). 9.K. Lee, S. Lee, S. Lee, C. Cheong, S. Rim, and S. Shin, “Numerical investigation of whistling sound in narrow- gap flow of automobile side mirror,” Appl. Acoust. 197, 108893 (2022). 10.G. Kim, G. Ku, C. Cheong, W. Kang, and K. 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Sagaut, Large Eddy Si- mulation for Acoustics (Cambridge University Press, Cambridge, 2007), pp. 27-28. 저자 약력 ▸이 권 기 (Kwongi Lee) 2019년 2월 : 부산대학교 기계공학 학사 2021년 2월 : 부산대학교 기계공학 석사 2021년 9월 ~ 현재 : 부산대학교 기계공학 박사과정 ▸정 철 웅 (Cheolung Cheong) 1997년 2월 : 서울대학교 기계항공공학 학사 1999년 2월 : 서울대학교 기계항공공학 석사 2003년 2월 : 서울대학교 기계항공공항 박사 2003년 3월 ~ 2004년 8월 : 서울대학교 BK21 박사후 연구원 2004년 9월 ~ 2005년 5월 : Research Asso- ciate, ISVR, University of Southhampton 2005 년 6월 ~ 2006년 2월 : 한국표준과학 연구원, 선임연구원 2006년 3월 ~ 현재 : 부산대학교 기계공학 부 교수 ▸박 경 훈 (Kyeonghun Park) 2017년 2월 : 창원대학교 기계공학 학사 2019년 2월 : 광주과학기술원 기계공학 석사 2019년 2월 ~ 현재 : LG 전자 선임연구원감압 밸브 배관 시스템 내 파수-주파수 분석을 통한 곡관의 유동소음 저감에 대한 수치적 연구 Numerical investigation on the flow noise reduction due to curved pipe based on wavenumber-frequency analysis in pressure relief valve pipe system 구가람, 1 정철웅 2† (Garam Ku 1 and Cheolung Cheong 2† ) 1 부산대학교 첨단냉동공조에너지센터, 2 부산대학교 기계공학부 (Received June 29, 2022; accepted August 4, 2022) 초 록: 감압밸브에서 발생하는 급격한 압력저하는 강한 소음원으로 작용하여 배관을 따라 압축성 압력섭동을 전파 시키며, 이는 음향유기진동의 가진원으로 작용한다. 따라서 본 연구에서는 감압밸브가 있는 배관 시스템에서 곡관에 의 한 압축성 압력섭동의 저감 효과를 확인할 수 있는 수치기법을 개발하였다. 배관 내 밀도 변화에 의한 음향파 성분을 모사 하기 위해 고정밀 해석기법인 비정상 압축성 대와류모사 기법을 적용하였으며, 아격자 모델로는 Smagorinsky-Lilly 모 델을 적용하였다. 배관을 따라 전파되는 압축성 압력섭동 성분을 유동장 정보로부터 추출하기 위하여 파수-주파수 분 석을 수행하였으며, 곡관을 기준으로 상류방향 배관과 하류방향 배관의 벽면 압력을 활용하였다. 이를 통해 평면파 성 분과 =1에 해당하는 모드 성분이 하류 방향을 따라 강하게 나타나는 것을 확인하였으며, 곡관을 전후로 전체 음향파 워가 3 dB 저감되는 것을 확인함으로써 곡관에 의한 압축성 압력섭동 저감 효과를 확인하였다. 핵심용어: 곡관, 감압밸브, 대와류모사, 파수-주파수 분석 ABSTRACT: A sudden pressure drop caused by the pressure relief valve acts as a strong noise source and propagates the compressible pressure fluctuation along the pipe wall, which becomes a excitation source of Acoustic Induced Vibration (AIV). Therefore, in this study, the numerical methodology is developed to evaluate the reduction effect of compressible pressure fluctuation due to curved pipe in the pressure relief valve system. To describe the acoustic wave caused by density fluctuation, unsteady compressible Large Eddy Simulation (LES) technique, which is high accuracy numerical method, Smagorinsky-Lilly subgrid scale model is applied. Wavenumber-frequency analysis is performed to extract the compressible pressure fluctuation component, which is propagated along the pipe, from the flow field, and it is based on the wall pressure on the upstream and downstream pipe from the curved pipe. It is shown that the plane wave and the 1st mode component in radial direction are dominant along the downstream direction, and the overall acoustic power was reduced by 3 dB through the curved pipe. From these results, the noise reduction effect caused by curved pipe is confirmed. Keywords: Curved pipe, Pressure relief valve, Large Eddy Simulation (LES), Wavenumber-frequency analysis PACS numbers: 43.28.Py, 43.40.Ey 한국음향학회지 제41권 제6호 pp. 705～712 (2022) The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.41, No.6 (2022) https://doi.org/10.7776/ASK.2022.41.6.705 pISSN : 1225-4428 eISSN : 2287-3775 †Corresponding author: Cheolung Cheong (ccheong@pusan.ac.kr) School of Mechanical Engineering Pusan National University, 2, Busandaehak-ro 63beon-gil, Geumjeong-gu, Busan 46241, Republic of Korea (Tel: 82-51-510-2311, Fax: 82-51-514-7640) Copyrightⓒ2022 The Acoustical Society of Korea. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 705Next >