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ISSN : 1598-6721(Print)
ISSN : 2288-0771(Online)
The Korean Society of Manufacturing Process Engineers Vol.16 No.3 pp.82-87
DOI : https://doi.org/10.14775/ksmpe.2017.16.3.082

A Study on Thermal Deformation due to Fan Shape of Hair Dryer

Moonsik Han*, Jaeung Cho**#
*Department of Mechanical and Automotive Engineering, Keimyung UNIV.
**Division of Mechanical and Automotive Engineering, Kongju National UNIV.
Corresponding Author : jucho@kongju.ac.kr+82-41-521-9271, +82-41-555-9123
March 14, 2017 March 27, 2017 April 8, 2017

Abstract

This study investigates thermal deformation due to fan shape of a hair dryer. In this study, thermal analysis showed that the shape of an electric fan results in lower temperature than that of a sieve frame. Among the shapes of electric fans, the temperature change decreases as the number of wings decreases. As a result of thermal deformation, model 4 (sieve frame shape) showed increased change of deformation compared to models 1, 2, and 3 (with electric fan shapes). Thus, the model 1 dryer with the sieve frame shape is shown to have the least durability among models 1, 2, 3, and 4. It is thought that the analysis results of this study can be applied to durability improvement and safer design of hair dryers.


헤어드라이기의 팬 형상에 따른 열변형에 관한 연구

한 문식*, 조 재웅**#
*계명대학교 기계자동차공학과
**공주대학교 기계자동차공학부

초록


    © The Korean Society of Manufacturing Process Engineers.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1.서 론

    헤어드라이기의 과열은 과부화로 이어져 기기의 화재의 원인이 될 수 있으며 이로 인한 인명피해 로 이어질 수 있다. 헤어드라이기는 작은 몸체에 비해 많은 열을 발생하기 때문에 일정 시간사용 후, 내부의 뜨거운 열을 식히기 위하여 스스로 작 동을 멈추게 된다. 따라서 헤어드라이기안에서 가 장 많이 열을 받게 되는 팬의 과열 시간을 단축시 키려는 연구가 진행되어 왔다.[1~4] 또한 팬의 모델 에 따라서 바람의 생성과 받을 수 있는 열의 정도 가 달라 공기의 저항이 심해진다. 따라서 본 연구 에서는 헤어드라이기의 팬 형상에 따른 열변형을 비교 해석하여 팬의 과열을 효율적으로 줄이고자 한다. 본 연구결과를 통하여 헤어드라이기의 과 열에 대비하여 화재를 방지할 수 있는 해석 자료 로 활용할 수 있다고 사료된다.[5~7]

    2.연구모델 및 해석결과

    2.1.연구모델

    본 연구에서는 헤어드라이기 팬을 모델로 하여 열 해석을 하였다. 모델 형상은 실제로 있는 날개 의 모델들을 참고하여 CATIA를 이용하여 모델링한 후 ANSYS R14.0 Student 버전을 이용하여 해석하 였다. 수치는 직경 170mm에 높이는 70mm에 준하 여 3D 모델로 설계하였으며, Model 1, 2, 3, 4으로 구분하였고 이 모델들에 대한 해석 대상의 메쉬 형 상들은 Fig. 1과 같다.[8-12]

    Table 12는 연구 모델들의 재질과 노드 및 요 소를 나타낸 것이다.

    2.2.모델의 경계조건

    본 연구에서는 자연대류 조건에서 팬에서만 식 어나가는 과정을 분석하기 위해 Fig. 2에서의 그 림과 같이 날개부분에만 온도를 90℃로 주고 몸통 부분에서는 공기와 접촉한다는 가정하에 온도는 22℃의 조건을 가하였다.

    3.해석결과

    3.1.온도 해석의 결과

    Fig. 3은 초기 상태에서 열해석을 한 결과값들 이다. 이 4개의 모델들 중 가장 낮은 온도가 나온 모델은 Model 4로 이론적으론 90도가 나와야하지 만 해석의 정확도로 인해 약간의 오차가 나게 되 었다. Fig. 4의 그림은 초기 조건 이후 1800초가 지난 후의 결과 값을 나타낸 그림으로서 이 때 가 장 낮은 온도를 나온 모델은 Model 1으로 76.55 5℃ 의 온도가 나왔다. Fig. 3과 Fig. 4를 비교하면, 1800초에서 온도 변화가 가장 큰 모델을 확인할 수 있었다. 온도 변화가 가장 큰 모델은 Model 1 으로 최대 89.976℃ , 최소 74.968℃ 으로 1800초간 15.008℃ 의 온도가 하강하였다. 가장 작은 차이를 보인 모델은 Model 4로 최대 89.965℃ 최소 81.294℃ 로 그 차이값은 8.671℃ 를 보였다. 이는 Model 1이 Model 4에 비하여 초기 방열능력은 떨 어지지만 냉각능력을 높다는 것을 알 수 있었다.

    3.2.열 변형량 해석의 결과

    Fig. 5는 초기 온도 상태에서의 열응력을 나타 낸 그림이다. 초기 온도 조건에서 가장 적은 응력 을 보인 모델은 Model 3으로 215.23MPa의 응력이 나타났다. 최대 응력을 보인 모델은 Model 4로서 495.87MPa의 응력이 나왔다. Fig. 6 1800 . Model 3 179.99MPa . Model 4 426.97MPa . 1800 Model 3 . 해석적 결과를 통해 얻어진 결과는 헤어드라이 기의 내구성 향상 및 안전설계에 기여할 것으로 사 료된다.

    4.결 론

    본 연구는 헤어드라이기 팬형상에 따른 열변형을 해석하였고 이에 따른 결론은 다음과 같다.

    • 1. 시간에 따른 온도 해석 결과, 초기 온도가 낮은 모델은 Model 4로서 89.936℃의 최고 온도가 나왔 으나, 1800초간의 냉각 시간을 준 해석 조건에서의 온도가 가장 낮은 모델은 Model 1으로서 76.555℃ 의 최고온도가 나왔다. 해석 모델들의 냉각 능력을 비교하였을 때, Model 1은 15.008℃ 의 온도가 냉각 된 것을 알 수 있었고 이는 Model 4의 8.671℃ 보 다 높은 냉각 효율을 가지고 있음을 알 수 있었 다.

    • 2. 열응력에 대한 해석 결과, 초기 온도 상태에서 의 최소 응력을 가진 모델은 Model 3으로서 215.23MPa의 최대 응력이 나왔고 최대 응력을 보인 모델은 Model 4로서 495.87MPa의 응력이 나왔다. 또한 1800초간의 냉각이 이루어진 상태에서의 열응 력 해석값에서 최소 응력은 Model 3으로서 179.99MPa의 응력이 나왔다. 최대 응력이 나온 모 델은 Model 4로서 426.97MPa의 열응력이 나왔다. 이는 Model 3이 Model 4에 비하여 그 구조적 안정 성이 높음을 알 수 있었다.

    Figure

    KSMPE-16-82_F1.gif
    Meshes of models
    KSMPE-16-82_F2.gif
    Constraint conditions of models
    KSMPE-16-82_F3.gif
    Temperatures of models at initial state
    KSMPE-16-82_F4.gif
    Temperatures of models at the elapsed time of 1800s
    KSMPE-16-82_F5.gif
    Equivalent stresses of models at initial state
    KSMPE-16-82_F6.gif
    Equivalent stresses of models at the elapsed time of 1800s

    Table

    Material properties

    Nodes and Elements at models

    Reference

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