< Previous최원익, 최진호, 정철웅 한국음향학회지 제 44 권 제 4 호 (2025) 310 섭동 및 비정상 소음원의 형성이 확인된다. Fig. 17에서는 열교환기 후류의 난류 에너지 분포 를 3차원적으로 나타내었으며, 응축기와 증발기의 배관은 관경과 배열 형상의 차이에 따라 난류 강도 와 분포 영역이 뚜렷하게 다르게 나타났다. 이 같은 구조적 차이는 후류 유동의 난류 특성과 소음 발생 양상에 직접적인 영향을 미치는 것으로 판단된다. 따라서 열교환기 후류의 정체 유동과 팬 흡입 유동 의 상호작용이 저주파 소음 성분의 발생 또는 증폭 을 유발할 수 있으며, 소음 발생 메커니즘의 분석에 중요한 변수임을 확인하였다. IV. 결 과 본 연구에서는 의류 건조기 팬 시스템의 소음 특 성을 평가하기 위한 실험 기법을 제안하고, 수치해 석을 통해 그 타당성을 이론적으로 검증하였다. 열 교환기 및 유로 구조를 포함한 팬 스크롤 모듈 시스 템을 구성하고, 서로 다른 블레이드 각도를 가진 8종 의 팬을 적용하여 단품 및 모듈 시스템 간 소음 특성 을 비교하였다. 그 결과, 모듈 시스템은 실제 제품과 유사한 소음 경향을 나타내었으며, 실험 기법의 유 효성이 확인되었다. 또한, CFD와 CAA를 연계한 복합 수치해석을 통 해 유동 소음의 주요 원인을 분석하였고, 열교환기 후류에서 발생하는 볼텍스 셰딩과 난류 에너지 집 중이 광대역 소음의 핵심 메커니즘임을 규명하였 다. 이를 통해 본 연구는 제품 개발 초기 단계에서 반 복적인 시제품 제작을 줄이고, 소음 예측의 신뢰도 를 높일 수 있는 실용적인 시험 및 해석 기법을 제시 하였다. 향후 열교환기 배관의 관경과 배열 변화에 따른 유동 및 소음 특성에 대한 연구를 통해 본 기법 의 활용 범위를 확대할 예정이다. References 1.J. Choi, S. Y. Ryu, C. Cheong, M. K. Kim, and K. 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Forum Acusticum, 3885-3892 (2023). 저자 약력 ▸최 원 익 (Wonick Choi) 2012년 8월 : 동국대학교 전자공학 학사 2018년 7월 : 대우전자 기계부문 2018년 8월 ~ 현재 : LG전자 책임연구원 2023년 3월 ~ 현재 : 부산대학교 기계공학 석사과정 ▸최 진 호 (Jinho Choi) 2017년 2월 : 경상대학교 기계공학 학사 2020년 8월 : 부산대학교 기계공학 석사 2021년 4월 ~ 현재 : LG전자 선임연구원열교환기 영향을 고려한 의류건조기 팬 시스템의 유동 소음 예측 시험 및 해석 검증 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.4 (2025) 311 ▸정 철 웅 (Cheolung Cheong) 1997년 2월 : 서울대학교 기계항공공학 학사 1999년 2월 : 서울대학교 기계항공공학 석사 2003년 2월 : 서울대학교 기계항공공학 박사 2003년 3월 ~ 2004년 8월 : 서울대학교 BK21 박사후 연구원 2004년 9월 ~ 2005년 5월 : University of Southampton, ISVR, Post-Doctoral Re- search Associate 2005년 6월 ~ 2006년 2월 : 한국표준과학 연구원 선임연구원 2006년 3월 ~ 현재 : 부산대학교 기계공학 부 교수I. 서 론 최근 상업용 냉방 및 공조 시스템에서 에너지 효 율 향상과 소음 저감 요구가 증가함에 따라, 고효율· 저소음 팬 시스템 개발이 중요한 기술 과제로 대두 되고 있다. 특히 구조가 단순하고 설치 유연성이 높 은 플러그 팬은 다양한 운전 조건에 적합해 산업적 수요가 증가하고 있으며, 벨마우스와 슈라우드 구 성으로 유입 및 토출 유동의 안정성을 확보할 수 있 다. 이때 블레이드 형상은 팬의 효율과 소음에 결정 익형 최적 설계를 통한 고성능 저소음 실외기 플러그 팬 개발 Development of a high-performance and low-noise heating, ventilation, and air conditioning plug fan through airfoil optimization 윤동규, 1 정철웅 1† (Donggyu Yun 1 and Cheolung Cheong 1 † ) 1 부산대학교 기계공학부 (Received May 26, 2025; revised June 13, 2025; accepted June 25, 2025) 초 록: 최근 대형 냉방 및 공조 시스템에서 플러그 팬의 고성능화와 저소음화에 대한 수요가 증가하고 있다. 본 연구에 서는 플러그 팬 블레이드의 span 방향으로 연속적으로 변화하는 3차원 형상 특성을 반영하여 최적 설계를 수행하였다. 팬 성능 시험기를 구축하여 작동점을 도출하고, 동일 조건에서 수행한 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 기반 가상 팬 성능 시험기(Virtual Fan Performance Tester, VFPT) 해석 결과를 실험과 비교하여 수치해석 모델 의 타당성을 검증하였다. 최적 설계는 감김각과 기울기각을 설계 변수로 선정하여 2인자 3수준 전수 실험(Full Factorial Design)과 반응표면법(Response Surface Methodology, RSM)을 적용하여 수행하였다. 최적화 결과, 유량 및 효율 향상과 함께 소음 저감 효과도 확인되었다. 핵심용어: 플러그 팬, 전산유체역학, 반응표면법, 최적설계 ABSTRACT: In recent years, the demand for high-performance and low-noise plug fans in large-scale HVAC systems has been increasing. This study performed an optimal design considering the spanwise-varying three-dimensional geometry of plug fan blades. A fan performance tester was first constructed to experimentally determine the operating point. Subsequently, the validity of the numerical model based on Computational Fluid Dynamics (CFD), using a Virtual Fan Performance Tester (VFPT), was verified by comparing its results with the experimental data under identical conditions. The design optimization was carried out by selecting the wrap angle and lean angle as design variables, based on a two-factor, three-level full factorial design. Subsequently, Response Surface Methodology (RSM) was applied to derive the optimal blade geometry with a focus on improving pressure performance. The optimization results demonstrated improvements in flow rate and efficiency, as well as a reduction in noise levels. Keywords: Plug fan, Computational Fluid Dynamics (CFD), Response Surface Methodology (RSM), Optimal design PACS numbers: 43.28.Ra, 43.28.Py 한국음향학회지 제44권 제4호 pp. 312～319 (2025) The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.4 (2025) https://doi.org/10.7776/ASK.2025.44.4.312 pISSN : 1225-4428 eISSN : 2287-3775 †Corresponding author: Cheolung Cheong (ccheong@pusan.ac.kr) School of Mechanical Engineering, Pusan National University, Busandaehak-ro 63 beon-gil 2, Geumjeong-gu, Busan 46241, Republic of Korea (Tel: 82-51-510-2311, Fax: 82-51-514-7640) Copyrightⓒ 2025 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. 312익형 최적 설계를 통한 고성능 저소음 실외기 플러그 팬 개발 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.4 (2025) 313 적인 영향을 미치므로, 형상 요소에 대한 정량적 최 적 설계가 필수적이다. 이와 관련된 연구로 Lee et al. [1] 은 플러그 팬의 슈 라우드와 벨마우스 형상을 최적화하여 팬의 효율을 향상시켰으며, Ottersten et al. [2] 은 입구 간극의 변화 가 공력 성능 및 협소역 소음에 미치는 영향을 유동 해석을 통해 분석하였다. Zurbano-Fernández et al. [3] 은 플러그 팬 블레이드의 후단부를 대상으로 해석 모델 을 구성하여 광대역 소음 예측 기법을 제시하였고, Zurbano-Fernández et al. [4] 은 블레이드 전단부에 톱날 형상을 적용하여 실험적으로 소음 저감 효과를 입증 하였다. 그러나 대부분의 기존 연구들은 특정 단면 또는 단일 형상 변수에 국한되어 있으며, 실제 팬 블 레이드는 span 방향으로 형상이 연속적으로 변화하 는 복합적인 특성을 가진다. 이러한 형상 변화는 팬 전체 유동 특성과 성능에 중요한 영향을 미치므로, 이를 충분히 반영할 수 있는 3차원 형상 최적 설계가 요구된다. 이에 본 연구는 팬 성능 실험을 통해 플러그 팬의 유 량 및 정압 성능을 분석하였다. 이후 실험 환경을 모사 하기 윈한 가상 팬 성능 시험기를 구축하고, 이를 이 용하여 유량 및 정압 성능을 예측하였으며 실험 결과 와의 비교를 통해 수치해석의 유효성을 검증하였다. 검증된 수치해석 모델을 활용하여 기존 유동장 분석 결과를 바탕으로 감김각과 기울기각을 주요 설계 변 수로 설정하고, 반응표면법을 적용함으로써 span별 형상 최적화를 수행하였다. 최적 형상을 적용한 플러 그 팬의 성능을 수치적으로 확인한 결과, 정압 및 효 율 성능의 향상과 함께 동일 유량 조건에서 소음 저감 효과가 나타남을 확인하였다. II. 대상 팬 시스템 분석 2.1 대상 플러그 팬 시스템 본 연구의 플러그 팬 시스템의 구조를 Fig. 1에 나 타내었다. 플러그 팬은 하우징 없이 작동하는 원심 팬이다. 벨마우스, 슈라우드, 블레이드, 백플레이트 로 구성되며, 슈라우드와 벨마우스 구조는 누설 유 동을 억제하고 유입 유동 정렬을 통해 팬 입구의 유 동 안정성을 향상시킨다. 연구 대상 팬의 형상은 Fig. 2에 나타낸 바와 같이, 백플레이트와 슈라우드 지름은 D로 동일하며, 블레 이드는 내경 0.55 D 지점에서 시작하여 외경 0.94 D 지점까지 연속적으로 배치되어 있으며 총 5개의 블 레드로 구성된다. 2.2 대상 플러그 팬 시스템 성능 곡선 도출 및 최적 설계 지점 선정 대상 플러그 팬 시스템의 유량 성능을 평가하기 위하여 팬 성능 시험기를 구축하고 P-Q 곡선을 통해 Fig. 1. (Color available online) Structural configuration of the plug fan. Fig. 2. Geometry of targeted plug fan unit. Fig. 3. (Color available online) Fan performance curve (static pressure-volume flow rate, efficiency- volume flow rate).윤동규, 정철웅 한국음향학회지 제 44 권 제 4 호 (2025) 314 팬의 성능 특성을 확인하였다. 실험 결과로 도출된 P-Q 곡선과 효율 곡선은 Fig. 3에 제시하였으며, 일반 적으로 효율이 최대인 지점이 팬의 작동점으로 간 주된다. 본 연구에서는 해당 작동점을 기준으로 최 적 설계를 수행하였으며,본 연구에서는 실험 결과 를 기반으로 선정한 작동점을 기준으로 최적 설계 를 수행하였다. 해당 지점의 압력, 유량, 효율을 각각 로 나타내었다. 2.3 수치해석 기법 및 검증 기존 플러그 팬 시스템의 유량 성능을 정량적으로 평가하고, 다양한 최적 설계 모델에 대한 효율적인 비교 분석을 수행하기 위하여 전산유체역학(Com- putational Fluid Dynamics, CFD)에 기반한 수치해석 을 수행하였다. 사용된 지배방정식은 3차원 비압축 성 비정상 Unsteady(Reynolds Averaged Navier-Stokes, RANS) 방정식을 사용하였으며 이는 아래와 같다. (1) ′ ′ (2) 난류 모델은 standard 모델을 사용하였으며 벽면 인접 영역에서는 Standard wall function을 적용 하여 경계층 내 속도구배와 유속 분포를 효율적으 로 모사하였다. 팬 성능 곡선을 도출하기 위한 가상 팬 성능 시험 기를 구성하였으며 전체 해석 영역과 격자 구성은 Fig. 4에 나타내었다. 플러그 팬의 축 방향 흡입 및 원 주 방향 토출 특성을 고려하여, 팬 직경의 10배 크기 의 구형 도메인을 구성하였다. 이는 플러그 팬이 일 반 덕트형 팬과 달리 개방형 구조에서 자유롭게 유 입되는 유동 특성을 가지므로, 반구형 흡입 조건을 통해 실제 운전 환경의 입구 유동 특성을 보다 정확 하게 모사하기 위함이다. 경계 조건으로는 팬 입구 부에 mass flow inlet, 출구 부에 pressure outlet을 적용 하였으며, 입구 측 반구형 면에서는 표면에 수직한 방향의 유동이 유입되도록 설정하여 실제 운전 조 건을 모사하였다. 블레이드 표면 부근은 조밀한 표 면 격자를 배치하여 standard 난류 모델에 적합 한 조건을 만족시켰다. 총사용된 격자수는 Fig. 5에 제시된 Grid Refinement Study를 통해 약 3,300 만 개로 결정하였다. 수치해석은 ANSYS Fluent v24.1 을 이용하여 수행되었다. Fig. 6에는 수치해석 결과와 실험 결과를 비교하였 다. 전반적으로 실험과 수치해석 결과는 유사한 성 능 곡선을 나타내었으나, 압력이 증가함에 따라 고 압 영역에서 수치해석 결과가 실험 대비 과소 예측 되는 경향이 확인되었다. 전체 영역에서 평균 정량 Fig. 4. (Color available online) Computational domain of virtual fan performance tester and mesh dis- tribution in the Z and X-plane slices near the blade region. Fig. 5. (Color available online) Grid refinement study.익형 최적 설계를 통한 고성능 저소음 실외기 플러그 팬 개발 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.4 (2025) 315 적 오차는 약 6 % 수준으로 나타났다. 이러한 오차 는 본 수치해석에서 계산 효율성과 경계 조건의 일 관성 확보를 위해 팬 입구에 mass flow inlet 조건을 적 용한 데에서 기인한 것으로 해석된다. 해당 조건은 반복 해석 과정에서 수렴 안정성과 유량 제어의 명 확성을 확보하는 데 유리하나, 실제 벨마우스를 통 과하면서 발생하는 유동 비균일성, 경계층 성장, 유 입 손실 등의 복잡한 유동 특성은 충분히 반영되지 못하는 한계를 가진다. 특히 고압 운전 조건에서는 입구 유동의 미세한 변화가 팬 성능에 더욱 민감하 게 작용하기 때문에, 이와 같은 단순화가 실험 대비 수치 예측의 과소 경향으로 이어진 것으로 판단된 다. 그럼에도 불구하고 중·저압 영역에서는 전체 성 능 곡선이 실험 결과와 잘 일치하였으며, 본 수치해 석 기법은 플러그 팬의 성능 예측 및 형상 최적 설계 에 적용 가능한 수준의 신뢰성을 확보한 것으로 평 가된다. III. 최적 설계를 위한 설계 기반 구축 3.1 블레이드 형상의 주요 설계 변수 정의 플러그 팬 블레이드는 span 방향에 따라 단면 형상 이 연속적으로 변화하며, Fig. 7에는 span 50 % 위치 에서의 대표적인 2차원 에어포일 형상을 제시하였 다. 이러한 에어포일 형상은 블레이드의 공력 성능 을 결정짓는 주요 요소이며, 다음과 같은 설계 변수 들로 정의된다. 는 각각 내경 및 외경에 해당하 며, 는 감김각으로 블레이드 코드선이 원주 방향으 로 확정되는 각도로, 블레이드의 원주 방향 진행 정 도를 정의하는 형상 변수이다. 는 설치각으로 블레 이드 전단부의 원주 방향 위치를 정의하는 각도로 서 회전축을 기준으로 한 시작 위치를 나타낸다. Λ 는 기울기각으로 블레이드가 축 방향 기준으로 span 방향으로 배치되는 경사 정도를 나타낸다. 3.2 작동점 유동 특성 분석 및 형상 제어 변 수 선정 작동점에서 기존 형상의 수치해석 결과로 도출한 속도장과 압력장을 Fig. 8에 나타내었다. 속도장 분 Fig. 6. (Color available online) Comparison result of experiment, numerical analysis with fan perfor- mance curve (static pressure-volume flow rate). Fig. 7. (Color available online) 2D airfoil design para- meters of the blade section at span 50 %. Fig. 8. (Color available online) (a) Velocity contours on Z-planes (10 %, 50 %, 90 % span) and (b) static pressure distribution on the original plug fan blade surface.윤동규, 정철웅 한국음향학회지 제 44 권 제 4 호 (2025) 316 석 결과, Span 50 %에서는 비교적 균일한 유동이 형 성된 반면, Span 10 %에서는 중심부에 저속 영역이 형성되어 흐름이 정체되는 양상이 나타났다. 이러 한 유속 분포는 블레이드 간 유동 에너지의 전달을 저해하고, 손실 발생 가능성을 높이는 비효율적 유 동 구조로 해석된다. 정압 분포에서는 블레이드 후면에서의 압력 분포 가 불균일하게 형성되었으며, 특히 전단부에서 압 력 상승이 일부 제한적으로 나타났다. 이러한 압력 회복의 비균일성은 유동 품질 저하 및 성능 손실로 이어질 가능성을 시사한다. [5] 이러한 유동 특성을 바 탕으로 다음과 같은 개선 필요성이 도출되었다. ① Span 10 % 영역의 중심부 저속 영역 개선 ② 블레이드 표면 전반에서의 압력 분포 균일화를 통해 압력 회복 품질 개선 및 유동 안정성 확보 이에 본 연구에서는 감김각(α)과 기울기각(Λ)을 주요 형상 제어 변수로 선정하였다. 감김각은 블레 이드의 곡률을 조절하여 유동의 방향성과 분포를 개선하며 효율 증대 및 압력 회복 품질 개선에 영향 을 미친다. [6] 기울기 각은 축 방향 기울기를 조정해 span 방향 유동 균일성 향상과 손실 감소에 기여한 다. [7] 이러한 변수들은 각각 블레이드의 유동 성능에 영향을 미치며, 유동 손실 저감 및 압력 회복 성능을 개선하기 위한 핵심 제어 요소로 작용한다. 한편, 이 들 변수의 실제 적용에는 팬 시스템의 구조적 제약 이 존재하므로, 다음 절에서 설계 가능한 형상 범위 를 물리적 조건을 기반으로 분석하고, 변수 설정에 반영하였다. 3.3 구조적 제약 조건 및 변수 범위 선정 앞서 유동 특성과 구조적 제약 조건을 고려하여 선정한 감김각과 기울기 각은 각기 다른 방식으로 블레이드 형상에 영향을 미치며, 물리적 제약에 따 라 적용 가능한 범위가 한정된다. 각 변수는 다음과 같은 방식으로 블레이드 형상을 변화시키고, 그에 따른 설계상의 제약을 동반한다. 감김각은 Fig. 9와 같이 외경을 고정한 상태에서 코드 길이를 조정함으로써 감김각을 변화시켰다. 감김각이 커질수록 코드 길이가 길어지며 유동 유 입 부드러워지지만, 내경을 초과할 수 있는 위험이 존재한다. 반대로 감김각이 작아지면 코드 길이가 짧아지고 입사각이 급해져 박리 가능성이 증가하므 로, 내경과 외경 사이에서 코드 길이를 유지하는 범 위 내에서 감김각의 적용 한계를 설정하였다. 기울기 각은 Fig. 10과 같이 span 0 %의 전단부를 기준으로 축소가 불가능하므로, 기울기 각은 내경 과 외경 사이의 기하학적 경계 내에서만 조정이 가 능하다. IV. 최적 설계 4.1 실험계획법 선정 본 연구에서는 블레이드 형상 최적화를 위해 3수준 전수 실험계획법을 적용하였다. 중앙합성법(Central Composite Design, CCD)은 고차 다항회귀 모델 구축 에 적합하나, 축점(axial point)이 비선형적으로 확장 되기 때문에 변수의 물리적 제한 조건을 초과하거 Fig. 9. (Color available online) Blade shape variation according to the minimum, original, and maximum design range of wrap angle. Fig. 10. (Color available online) Blade shape variation and geometric constraints near bellmouth and shroud according to the minimum, original, and maximum design range of lean angle.익형 최적 설계를 통한 고성능 저소음 실외기 플러그 팬 개발 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.4 (2025) 317 나, 기존 형상 대비 비해석적인 설계 영역에 분포될 가능성이 있다. 실제 본 연구에서도 주요 설계 변수 의 적용 범위와 기준 형상 위치를 고려한 사전 검토 결과, CCD 적용 시 일부 축점이 비물리적 형상 조건 으로 확장될 우려가 확인되었다. 이에 따라 변수 공간 전반에서의 해석 수렴성과 물리적 타당성을 확보할 수 있도록 Full Factorial Design을 채택하였으며, 이를 기반으로 정압 성능 최대화를 목적함수로 설정하여 최적 형상을 도출 하였다. 4.2 최적 형상 도출 및 성능 분석 9개 설계 케이스의 정압 성능 결과와 반응표면법 (Response Surface Methodology, RSM)을 통해 도출된 최적 형상의 성능을 Table 1과 Fig. 11에 제시하였다. RSM 분석 결과, 설계 변수 변화가 압력 및 효율 성 능에 미치는 주요 경향이 확인되었다. 감김각의 감 소는 유동 손실을 감소시켜 정압 성능을 향상시키 는 것으로 나타났다. 또한, 기울기각의 증가는 블레 이드 내 에너지 전달 특성을 개선하여 효율 성능 향 상을 달성하였다. 최종 도출된 최적 형상은 기존 형 상 대비 감김각이 약 7.4° 감소하고, 기울기각이 약 2° 증가한 형상으로 구성되었으며, 이를 통해 압력 성능은 약 2 %, 효율은 약 3 % 향상된 결과가 도출되 었다. 또한 팬 상사 법칙을 적용하여 기존 모델과 압력 최적 안의 동일 유량 기준으로 소음 차이를 평가하 였다. 팬 상사 법칙의 아래와 같다. [8] (3) log (4) Eq. (3)을 통해 약 5 % 향상된 유량 성능을 기존 모델 과 동일한 유량 조건으로 환산하면 회전속도를 기 존 대비 0.95 회전속도로 운전할 수 있다. 이때의 회 전속도를 Eq. (4)를 통해 계산하면, 약 1 dB 수준의 소 음 저감 효과도 기대할 수 있다. 4.3 최적 형상 유동장 분석 최적 설계안의 성능 향상을 보다 구체적으로 분 석하기 위해, Fig. 12와 같이 유동장 비교 분석을 수 행하였다. 기존 팬은 Span 90 %에서 중앙부에 고속 유동이 집중되어 유속 불균형이 두드러졌으나, 개 선안에서는 전 영역에서 보다 균일한 속도 분포가 형성되어 블레이드 간극 간 유동 불균형이 완화되 었다. 특히 Span 10 %에서는 유속이 증가하며, 블레이 드 간극을 통한 유동 흐름이 개선되어 유동 저항이 완화되었음을 보여준다. 또한 Fig. 13의 블레이드 후 면 압력 분포에서는, 최적화 형상은 전반적으로 안 정적인 고압 영역을 형성하며, 전단부 부근에서의 압력 상승이 뚜렷하다. 이는 유체가 블레이드 표면 Table. 1. Pressure performance results for each case in the DOE matrix based on variations in wrap angle and lean angle. Wrap angle [deg] Lean angle [deg] Press [Pa] Case1 Case2 1.01 Case3 1.02 Case4 0.98 Case5 Case6 Case7 0.89 Case8 0.93 Case9 0.96 Fig. 11. (Color available online) Geometry of the press optimized fan and aerodynamic performance (pressure, flow rate, and efficiency) compared to the original fan.윤동규, 정철웅 한국음향학회지 제 44 권 제 4 호 (2025) 318 을 따라 효과적으로 흐르면서 유효 압력 상승을 유 도한 결과로, 정압 성능 향상에 기여한 것으로 판단 된다. V. 결 론 본 연구에서는 플러그 팬 블레이드의 span 방향 으로 연속적으로 변화하는 3차원 형상 특성을 반영 한 최적 설계 기법을 제시하고, 이를 통해 플러그 팬의 성능 향상 가능성을 확인하였다. 팬 성능 실험 을 통해 실험 기반 작동점을 확보하고, 동일 조건에 서 수행한 CFD 기반 가상 팬 성능 시험기(VFPT) 해 석 결과를 통해 수치해석 모델의 타당성을 검증하 였다. 기존 유동장 분석 결과를 기반으로 감김각과 기울 기각을 주요 설계 변수로 선정하고, 반응표면법(RSM) 을 적용하여 span별 형상 최적화를 수행하였다. 최 적 형상 적용 결과, 정압 및 효율 성능이 향상되었 으며, 동일 유량 조건에서 소음 저감 효과도 확인하 였다. 다만 본 연구에서는 소음 성능 평가가 팬 상사법 칙 기반의 간접적 추정을 통해 이루어졌으며, 독립 적인 음향 해석은 포함되지 않았다. 향후 연구에서 는 정밀한 음향 해석을 병행하여 소음 성능 평가의 신뢰도를 높이는 것이 필요하다. 본 연구 결과는 플러그 팬의 3차원 형상 최적 설계 가 팬 성능 개선에 효과적임을 보여주었으며, 향후 고성능·저소음 플러그 팬 설계를 위한 실용적인 설 계 지침으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 감사의 글 본 연구는 LG전자의 산학연구과제의 지원을 받 아서 수행되었습니다. References 1.Y. T. Lee, V. Ahuja, A. Hosangadi, M. E. Slipper, L. P. Mulvihill, R. Birkbeck, and R. M. Coleman, “Impeller design of a centrifugal fan with blade optimization,” Int. J. Rotating Mach, 2011, 1-16 (2011). 2.M. Ottersten, H. D. Yao, and L. 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Cho, “Numerical study on the effects of blade lean on high-pressure Fig. 12. (Color available online) Comparison of velocity contours on Z-planes at spanwise locations (90 %, 50 %, 10 %) for the original and pressure-optimized fan designs. Fig. 13. (Color available online) Comparison of static pressure distribution on the blade surfaces for the original and pressure-optimized fan designs.익형 최적 설계를 통한 고성능 저소음 실외기 플러그 팬 개발 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.4 (2025) 319 centrifugal impeller performance,” Proc. ASME, 1957- 1969 (2011). 8.ISO 5801, Industrial Fans – Performance Testing using Standardized Airways, 2021. 저자 약력 ▸윤 동 규 (Donggyu Yun) 2023년 8월 : 부산대학교 기계공학부 학사 2023년 9월 ~ 현재 : 부산대학교 기계공학 부 석사 ▸정 철 웅 (Cheolung Cheong) 1997년 2월 : 서울대학교 항공우주 학사 1999년 2월 : 서울대학교 항공우주 석사 2003년 2월 : 서울대학교 기계항공 박사 2003년 3월 ~ 2004년 8월 : 서울대학교 기 계항공 BK21 박사후연구원 2004년 9월 ~ 2005년 5월 : University of Southampton, ISVR, Post-Doctoral Re- search Associate 2005년 6월 ~ 2006년 2월 : 한국표준과학 연구원 선임연구원 2006년 3월 ~ 현재 : 부산대학교 기계공학 부 교수 2020년 5월 ~ 현재 : 부산대학교 첨단냉동 공조에너지센터 센터장Next >