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표제지 2

요약문 5

목차 11

제1장 서론 13

1.1. 연구 배경 13

1.2. 연구 목표 및 연구 내용 16

제2장 직선 운동 이중 확장방 머플러의 해석 및 문제 정의 17

2.1. 직선 운동 이중 확장방 머플러의 작동 원리와 운전 조건 17

2.2. 설계 문제 정의 20

제3장 제안하는 설계 방법 및 설계 결과 23

3.1. Step 1: 유로 최적설계 24

3.1.1. 유동 위상 최적설계 25

3.1.2. 유동 형상 최적설계 28

3.2. Step 2: Chamber Ⅰ 내부 음향 구조 최적설계 30

3.2.1. Optimal design Ⅰ-A 35

3.2.2. Optimal design Ⅰ-B 38

3.2.3. Optimal design Ⅰ-C 41

3.3. Step 3: Chamber Ⅱ 내부 음향 구조 최적설계 44

3.4. Step 4: 다른 운전 조건에서의 유동/음향 해석 48

3.4.1. Optimal design A 50

3.4.2. Optimal design B 53

3.4.3. Optimal design C 56

제4장 설계 결과 고찰과 실험적 검증 59

4.1. 설계 결과 고찰 59

4.1.1. 설계 변수 변화 과정 59

4.1.2. 다목적함수에 대한 최적설계 결과와의 비교 66

4.2. 실험적 검증 69

제5장 결론 72

참고 문헌 73

Abstract 77

표목차 9

Table 1. Mass flow rate with and without optimized topology 27

Table 2. Specified values of design variable 28

Table 3. Optimized values of design variable 29

Table 4. Specified values for optimal design Ⅰ-A and its each optimization 36

Table 5. Optimized values for optimal design Ⅰ-A 36

Table 6. Specified values for optimal design Ⅰ-B and its each optimization 39

Table 7. Optimized values for optimal design Ⅰ-B 40

Table 8. Specified values for optimal design Ⅰ-C and its each optimization 42

Table 9. Optimized values for optimal design Ⅰ-C 43

Table 10. Specified values for optimal design Ⅱ-A and its each optimization 45

Table 11. Optimized values for optimal design Ⅱ-A 46

Table 12. Design variable of optimal design Ⅰ-A 60

Table 13. Optimal design Ⅰ-A's relation between resonance frequency and resonator's volume and... 60

Table 14. Design variable of optimal design Ⅰ-B 61

Table 15. Optimal design Ⅰ-B's relation between resonance frequency and resonator's volume and... 61

Table 16. Optimal design Ⅰ-B's relation between resonance frequency and resonator's volume and... 62

Table 17. Design variable of optimal design Ⅰ-C 63

Table 18. Optimal design Ⅰ-C's relation between resonance frequency and resonator's volume and... 64

Table 19. Optimal design Ⅰ-C's relation between resonance frequency and resonator's volume and... 65

Table 20. Post-processed design variables 70

그림목차 6

Fig. 1. Reference model of linear motioning double expansion chamber(LMDCM): (a) isometric... 19

Fig. 2. Numerical analysis result of LMDCM reference model in different working condition: (a)... 21

Fig. 3. Target frequency band in working condition TDC 22

Fig. 4. Schematic of proposed design sequence of LMDCM 23

Fig. 5. Flow outlet port design: (a) 3D reference model's ports and cross-section A2-A2, and (b) 3D... 24

Fig. 6. Symmetric reference model for flow path design 26

Fig. 7. Flow path topology optimization history 26

Fig. 8. Optimized topology of flow path design and its demonization 27

Fig. 9. Initial shape of flow path partition for shape optimization 27

Fig. 10. Initial shape of flow path partition for shape optimization and its design variable 28

Fig. 11. Flow path shape optimizing: (a) Optimization history, and (b) Optimized result and acoustic... 29

Fig. 12. Proposed t-th resonator for chamber Ⅰ: (a) isoview of resonator, and (b) its color expression... 31

Fig. 13. Initial shape of resonator for chamber Ⅰ: (a) low frequency band, (b) middle frequency band,... 33

Fig. 14. Flow chart of design resonator for chamber Ⅰ 34

Fig. 15. Target TL of low frequency band 35

Fig. 16. Optimization for optimal design Ⅰ-A: (a) optimization history of each resonator, and (b)... 36

Fig. 17. Transmission loss of optimal design Ⅰ-A and its target TL 37

Fig. 18. Target TL of middle frequency band 38

Fig. 19. Optimization for optimal design Ⅰ-B: (a) optimization history of each resonator, and (b)... 39

Fig. 20. Transmission loss of optimal design Ⅰ-B and its target TL 40

Fig. 21. Target TL of high frequency band 41

Fig. 22. Optimization for optimal design Ⅰ-C (a) optimization history of each resonator, and (b)... 42

Fig. 23. Transmission loss of optimal design Ⅰ-C and its target TL 43

Fig. 24. Simplifying a 3D model into an axisymmetric model: (a) chamber Ⅱ 3D model, and (b)... 44

Fig. 25. Initial shape of resonator for optimal design Ⅱ-A 45

Fig. 26. Optimization for optimal design Ⅱ-A: (a) optimization history of resonator, and (b) optimal... 45

Fig. 27. Optimal design Ⅱ-A: (a) 3D model of optimal design Ⅱ-A, and (b) Transmission loss of... 47

Fig. 28. Optimal designed model: (a) optimal design A, (b) optimal design B, and (c) optimal design... 49

Fig. 29. Transmission loss and mass flow rate of optimal design A with different working condition:... 52

Fig. 30. Transmission loss and mass flow rate of optimal design B with different working condition:... 55

Fig. 31. Transmission loss and mass flow rate of optimal design C with different working condition:... 58

Fig. 32. Multi-objectice acoustic shape optimized result of optimal design A: (a) TL of same... 68

Fig. 33. Experimental setup for measuring TL of optimal design C 71

Fig. 34. Comparison of measured and calculated TL 71

초록보기

 직선 운동 이중 머플러는 냉장고 압축기 등에 사용되며, 회전형 왕복동 압축기에 사용되는 머플러에 비해 마찰과 소음이 적어 유리한 머플러 시스템이다. 냉장고는 생활가전이기에 사용자와 가까운 환경에서 사용되며, 소음과 효율은 사용자에게 있어 중요한 인자이다. 소음의 경우 투과손실로 평가될 수 있으며, 효율은 질량 유량으로 평가될 수 있다. 본 논문에서 설계하고자 하는 직선 운동 이중 머플러는 하나의 머플러가 다른 하나의 머플러 내부를 직선으로 왕복 운동하기 때문에 운동에 따라 해석을 진행하는 조건이 다르며 대표적으로 3가지의 운전 조건이 존재한다. 이중 투과손실이 낮고 질량 유량이 작은 운전 조건에서 먼저 설계를 진행한 뒤, 다른 운전 조건에서의 음향 해석과 유동 해석을 진행하고자 한다. 이때 소음을 저감하고자 하는 목표 주파수 대역은 저/중/고 3개의 주파수 구간으로 나누었다. 내부 설계 방법으로는 먼저 유로 최적설계를 통해 최적 유로를 획득한 뒤, 유로를 방해하지 않는 영역에 공명기를 설계하여 소음을 저감하였다. 또한 설계 결과를 실험을 진행하여 고주파수 대역을 목표로 한 머플러의 투과손실이 목표 주파수 대역에서 향상되었음을 확인하였다.

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