This study focused on investigating the detailed hydrodynamic and aerodynamic characteristics of cryogenic dampers that contribute to performance during valve handling in an LNG transportation system and practical applications in damper and actuator design. Several important features of the hydrodynamic and aerodynamic characteristics of cryogenic flaps were also investigated, which will contribute to the safety of operation and design of the flaps.
밸브산업 현황
현재 밸브 제조사들은 일반 밸브를 자사 브랜드나 OEM 방식으로 대량 생산하고 있으며, 대부분의 특수 밸브는 여전히 수입에 의존하고 있다. 현재 전 세계 신규 LNG선의 대부분이 국내 조선소에서 건조되고 있으며, 한국가스공사는 LNG 기지와 파이프라인을 확장하고 있다. 이에 따라 대형 초저온 밸브의 연간 수요는 5,000개를 넘어설 것으로 예상되며, 수급 측면에서 볼 때 국내 브랜드의 밸브 생산이 필요한 시점이다.
연구동향
극저온 버터플라이 밸브 설계에 관한 연구는 Kim [35]에 의해 수행되었다. M.[36]은 극저온 조건에서 버터플라이 밸브의 기밀성에 대한 연구를 수행했습니다.
연구목적
연구내용
일반적인 버터플라이 밸브의 유동특성을 비교하기 위해 25℃의 물을 작동유체로 하여 PIV 실험과 CFD 해석을 동시에 수행하였다. 3차원 유동장 분석 기법을 이용하여 단면 속도 벡터를 시각화함으로써 재순환 와류 발생 패턴을 체계적으로 조사하였다.
축소모델실험
- PIV 개요
- PIV 실험장치 구성
- 조명 및 추적입자 공급
- 영상입력 및 저장장치
- 동일입자추적
- PIV 실험
이 문제를 해결하기 위해 고속 카메라가 널리 사용됩니다. 밸브의 앞쪽 가장자리와 뒤쪽 가장자리에서 흐름 분포를 측정하려면 그림 1을 참조하십시오.
수치해석
- 수치해석 개요
- 수치해석 기법
- 지배방정식
- 이산화방법
- 난류모델링
- 계산조건
- 계산격자
본 연구에서는 유체역학 해석에 탁월한 성능을 보이는 CFX-TASCflow의 솔버 기술과 해석에 탁월한 CFX-4의 다양한 물리모델을 결합하여 새롭게 개발된 완전 암시적 압력 기반 결합 AMG 솔버를 개발하였다. 다상 흐름, 연소 및 화학 반응. CFX-10을 사용하였다.[48]~[50] 일반적으로 범용 상용 코드는 SIMPLE이나 SIMPLEC 등의 압력 기반 방정식과 Rhie and Chow 방법을 사용하여 생성된다. 정확한 유동장 분석을 위해서는 점성 기판 영역을 일관되게 처리할 수 있는 최적화된 난류 모델이 필요합니다.
밸브의 압력손실계수와 유량계수
축소모델실험과 수치해석 결과의 비교 및 검증
축소모델실험의 가시화 유동장 해석
풀프레임에서 1000fps로 촬영하여 얻은 순간적인 Raw 이미지입니다. 이 이미지는 판막의 채널을 측정하여 얻은 것입니다. 두 경우 모두 밸브 뒤쪽의 복잡한 변칙적 난류의 발생을 정량적으로 관찰할 수 있습니다.
축소모델실험과 수치해석 결과의 비교
- 속도벡터에 의한 유동특성 비교
- 운동에너지에 의한 유동특성 비교
- 밸브 후방에서의 압력변화 비교
- 유량계수 및 밸브손실계수 비교
유량계수와 밸브손실계수 모두 전형적인 플러터밸브 패턴을 보였다. 따라서 물을 작동유체로 사용한 버터플라이 밸브 유동장의 PIV 실험과 CFD 해석 결과, 유동 특성이 안정적인 것으로 나타났다. 제3장 LNG 수송용 플로팅 밸브의 수치해석 결과 및 고려사항.
버터플라이 밸브 형상정의
계산조건
일반적으로 k−ε 모델은 흐름 분리가 지배하는 흐름장 예측에 대한 분석 수준이 낮기 때문에 밸브 뒤에서 발생하는 복잡한 3차원 흐름 현상을 이해하기 위한 난류 응용 모델로 적합하지 않기 때문에 평가됩니다. 의자. 아니다.
밸브의 캐비테이션
캐비테이션 이론
- 캐비테이션
- 캐비테이션의 종류
- 캐비테이션의 특징
- 캐비테이션의 침식
- 기포의 붕괴
- 기포 붕괴압 크기와 분포
그래프에서 좌측은 밸브 디스크의 상류측을 나타내고, 우측은 하류측을 나타낸다. 10°의 경우에는 작동유체가 유동면적이 좁아 밸브디스크를 통과할 때 급격한 압력강하가 발생하여 밸브디스크 주변에 캐비테이션이 발생한 것을 확인할 수 있었다. 밸브 디스크 표면의 리프팅 힘과 항력은 밸브 개방 각도의 변화에 따라 결정되었습니다.
캐비테이션의 사고 사례
캐비테이션 모델링
본 연구에서는 버터플라이 밸브의 3차원 유동해석을 위한 캐비테이션 모델을 이용하여 주어진 계산 조건에서 캐비테이션 현상이 발생하는지 여부를 확인하고자 하였다. 캐비테이션은 작동유체의 압력이 작동유체의 증기압 이하로 낮아지면 특정 위치에서 발생하며, 생성된 작동유체는 고압 영역으로 발전하면서 증기 형태로 붕괴된다. 이러한 밸브 캐비테이션 문제를 분석하기 위해 CFD 기법을 활용하여 캐비티의 성장과 붕괴를 파악하고 발생 위치와 원인을 규명하여 최적의 밸브 시트 설계 데이터로 활용할 수 있습니다.
계산격자
결과 및 고찰
유선
속도분포
80°, 90°의 경우 밸브 시트 주변의 재순환 영역은 거의 사라졌으나, 밸브 시트와 배관을 완전히 밀봉하기 위해 설치된 돌출 시트 구조의 영향으로 배관 벽을 따라 국부적인 재순환 영역이 여전히 존재하고 있다. . . 그러나 90°에서는 밸브 중앙에 다소 작은 대칭형 소용돌이가 관찰됩니다. 와류의 중심이 밸브디스크의 하부로 이동했다가 다시 밸브디스크의 중심으로 돌아오는 현상은 밸브디스크의 개폐각도의 영향으로 흐름이 밸브디스크 방향으로 치우쳐지는 현상이다 디스크의 아래쪽 부분. 그러나 디스크를 통과하는 흐름이 출구측으로 이동함에 따라 압력은 점차 증가하게 됩니다. 이는 소용돌이의 중심이 회복되고 안정되면서 디스크의 중심으로 이동하기 때문인 것으로 보인다. 밸브 디스크.
압력분포
그러나 밸브 디스크의 열림 각도가 40° 이상으로 유지되면 밸브 디스크에 작용하는 양력이 항력보다 더 크게 작용합니다. 이는 밸브 시트 표면을 가로지르는 흐름이 가속화되고 밸브 디스크 아래쪽에 더 낮은 압력이 쌓일 때 발생하는 것으로 믿어집니다. 밸브 디스크의 표면을 따라 형성된 흐름은 밸브 팁에서 분리되어 국부적인 재순환 영역을 형성하며, 여기서 가장 낮은 압력 분포가 관찰됩니다.
캐비테이션
따라서 개방각 20° 이후의 결과에서는 튜브의 모든 영역에서 캐비테이션 현상이 발생하지 않습니다.
밸브손실계수
C., "An Investigation of Compressible Flow Characteristics of Butterfly Valve", ASME Journal of Fluids Engineering, Vol. Kim, "A Study on Flow Characteristics of Butterfly Valve by PIV", Graduate School of Maritime Industrial Studies KMU, 1998. Kim, "A Study on the Flow Characteristics of a Butterfly Valve in Fire Protection", Kyeong Min University, 2002.
