Fig.21과 Fig.22는 열교환기 시험모델에 대한 음압레벨과 소음감소량의 실험결과
와 해석결과를 비교 하고 있다. 결과를 보면 챔버의 고차모드가 발생하지 않는
1kHz 주파수 대역 이하에서 소음저감효과가 크게 나타났으며, 저주파수 대역(200Hz
이하)에서는 큰 소음저감효과 없는 것을 확인하였다. 하지만 Case.1과 Case.3의 경우
630Hz 주파수 대역에서 소음감소량의 감소가 발생하고 다발관의 길이가 50mm 증
가된 모델인 Case.2는 500Hz 주파수 대역에서 소음감소량의 감소가 발생하는데 이 는 다발관의 길이에 해당하는 직관에서 공명(Resonance)현상에 의한 것으로 판단된 다. Case.1의 경우 직관에서 발생하는 1차 및 2차 공명주파수의 해석결과는 Fig.20에 나타내었다.
해석적 결과와 실험적 결과를 비교하면, 200Hz~500Hz 주파수 영역의 출구 측 음 압레벨의 해석값이 실험값보다 크게 감소하고 있어 다소 과도하게 평가되고 있으나,
Fig.22의 소음감소량에서 주파수 특성은 거의 일치하고 있다.
(a) 1st freuquency– 612Hz (b) 2nd frequency – 1353Hz Fig. 20 Acoustic resonance in bundle tube (Case.1)
(a) Case.1
(b) Case.2
Fig. 21 Comparison between analysis and experiment result for SPL (cont’d)
0
20 40 60 80 100 120 140
SPL (dBA)
Frequency (Hz)
Upstream (Experiment)
Downstream (Experiment) Upstream (FEM)
Downstream (FEM)
0 20 40 60 80 100 120 140
SPL (dBA)
Frequency (Hz)
Upstream (Experiment)
Downstream (Experiment) Upstream (FEM)
Downstream (FEM)
(c) Case.3
Fig. 21 Comparison between analysis and experiment result for SPL
0
20 40 60 80 100 120 140
SPL (dBA)
Frequency (Hz)
Upstream (Experiment)
Downstream (Experiment) Upstream (FEM)
Downstream (FEM)
(a) FEM result
(b) Experiment result
Fig. 22 Comparison between analysis and experiment result for NR
-20
-10 0 10 20 30 40 50 60 70
NR (dB)
Frequency (Hz)
Case.1
Case.2 Case.3
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70
NR (dB)
Frequency (Hz)
Case.1
Case.2
Case.3
소음저감효과가 크게 발생하는 구간(1kHz 이하) 이후의 주파수 영역에서 소음감 소량이 급격히 감소하는데, 이는 각 챔버의 고차모드 존재와 다발관의 길이에 해당 하는 직관에서 2, 3차 공명모드에 의한 것으로 판단된다. Case.1에 대하여 해당 열교 환기의 각 챔버에 대한 음향모드 해석의 결과를 Fig.23에 나타내었다.
Eigenfrequency : 890.7Hz Eigenfrequency : 1,120.3Hz
(a) Inlet/Outlet chamber (λ001) (b) Reverse chamber (λ001)
Eigenfrequency : 1,484.7Hz Eigenfrequency : 1,837.8Hz (c) Reverse chamber (λ100) (d) Reverse chamber (λ101)
Eigenfrequency : 1,735.9Hz Eigenfrequency : 2,300.5Hz (e) Inlet/Outlet chamber (λ002) (f) Reverse chamber (λ002)
Fig. 23 Acoustic mode analysis result of concentric tube (Case.1)
Fig.24은 유속조건이 없는 조건에서 투과손실의 해석적 결과와 실험적 결과를 비교하였다. 투과손실의 결과에서 Fig.24(a)의 경우 Fig.20에서 언급된 다발관 내 직관의 1차 공명주파수(612Hz)를 확인할 수 있다. 이하 챔버의 고차모드가 형성되 는 주파수를 살펴보면, 반-실린더형 측면 입·출입 챔버에서 길이방향 1차 음향모 드(λ001)가 890.7Hz에서 가장 먼저 발생하며, 이어서 1,735.9Hz에서 길이방향 2차 (λ002) 음향모드가 나타난다. 역류형 챔버의 첫 번째 음향모드(λ001)는 1,120.3Hz에 서 발생하며, 단면 1차(λ100) 음향모드가 1,484.7Hz에서 발생한다. 이어서, 단면 1 차 길이방향 1차(λ101) 음향모드가 1,837.8Hz에서 발생한다. 또한, 직관에서의 2차 공명모드가 1,353Hz, 3차 공명모드가 1,940Hz에서 발생하고 있다. 이와 같이, 소음 감소량 및 투과손실이 감소하는 구간은 직관의 공명주파수와 챔버의 음향모드가 중첩되는 구간과 일치하고 있다. 한편, Case.2는 Case.1과 Case.3 모델에 비해 다발 관의 길이가 50mm 증가된 모델로 직관의 길이에 해당하는 공명모드 발생 주파수 를 포함하여 전 주파수 영역에서 특성의 변화가 발생하나 그 수준은 거의 유사한 모습을 보인다.
(a) Case.1
Fig. 24 Comparison between analysis and experiment result for TL (cont’d)
0
20 40 60 80 100
TL (dB)
Frequency (Hz)
FEM
Experiment
(b) Case.2
(c) Case.3
Fig. 24 Comparison between analysis and experiment result for TL
0
20 40 60 80 100
TL (dB)
Frequency (Hz)
FEM
Experiment
0 20 40 60 80 100
TL (dB)
Frequency (Hz)
FEM
Experiment
Fig.26의 형상별 삽입손실을 나타낸 결과에서 Case.1과 Case.3는 단면적 비 외 다 른 형상인자(분화관의 개수, 분화관의 면적, 분화관의 위치)가 다른 모델이다. Case.1 과 Case.3는 전 주파수 영역에서 음향특성이 유사하게 나타나지만, 특정 구간에서
Case.3(다발관) 모델에 비하여 Case.1(단일관) 모델의 소음감소량이 낮은 구간이 발
생한다. 차이가 발생되는 구간은 1,250Hz~3,150Hz의 음향 모드밀도가 높은 주파수 영역으로써 최대 5.8dB까지 차이가 발생하는 것을 확인하였다. 챔버에서 음향모드 가 발생할 때, 분화관의 개구부가 존재하는 챔버의 격벽(Partition)에서 음향모드에 따라 음압이 상이하게 분포하게 된다. 음향모드해석 결과 각 챔버에서는 관심 주파 수 영역에서 주로 길이방향 음향모드(Axial Acoustic Mode)가 발생한다. 따라서, 개구 부가 챔버의 중앙에 위치한 단일관의 경우는 음압이 상대적으로 크게 전달되며, 다 발관의 경우 격벽에 개구부가 분포되어 있어 상대적으로 음압이 작게 전달된다.
Fig.25은 Case.1과 Case.3 모델에 대하여, 역류형 챔버에서 길이방향 2차 음향모드가
발생할 때, 역류형 챔버의 격벽에서 개구부에 해당하는 면적의 평균 투과 음압을 해석한 결과이다. 해석 결과 상대적으로 다발관의 경우가 작은 음압을 투과시키고 있으며, 소음저감에 유리함을 알 수 있다. 이는 Table 3의 삽입손실을 통한 형상별 소음저감량을 비교한 표에서도 확인할 수 있다. 즉, 음향 모드밀도가 높은 영역의 투과음압의 차이로 전체적인 소음저감량에 차이가 발생하며, 개구부의 면적이 동일 하여도 다발관의 개수가 증가할수록 소음저감량이 증가함을 확인할 수 있다.
Eigenfrequency : 2,300.5Hz Eigenfrequency : 2,323.4Hz
Averaged Acoustic pressure : 1.9783Pa (abs) Averaged Acoustic pressure : 1.5048Pa (abs) (a) Concentric tube (Rev - λ002 ) (b) Bundle tube (Rev - λ002 ) Fig. 25 Comparison between concentric and bundle tube for average transmission sound pressure
Fig. 26 Comparison of insertion loss by bundle tube
Table 3 Comparison of insertion loss by bundle tube (Overall)
음향인자 Case.1 Case.2 Case.3 소음레벨, dB(A)
(열교환기 설치 전) 118.6 118.6 118.6
소음레벨, dB(A)
(열교환기 설치 후) 104.5 102.7 102.0
소음 저감량, (dB) 14.1 15.9 16.6
Fig.26에서 일부 저주파수 대역(40Hz, 80Hz)에서 삽입손실의 감소가 발생하는데,
이는 실험장소에 대한 방의 공명모드에 의한 우회전달음(Flanking Noise)으로 판단된 다. 방의 형상은 직육면체이며, 크기는 8.7 × 5.0 × 2.5 (m)로 40Hz 대역에서 2개의 모드가 존재하고 80Hz 대역에서는 총 5개의 모드가 존재한다. 방의 벽면은 모두 콘 크리트와 유리로 이루어져 있어 흡음효과가 거의 없고 사물이 없어 방의 공명모드 가 존재하여 해당 주파수 대역에서 출구단의 음압에 영향을 준 것으로 판단된다.
-20 -10 0 10 20 30 40 50
IL (dB)
Frequency (Hz)