정사각형 단면을 갖는 곡관에서 각도형상 및 유동인자에 따른 속도분포특성에 관한 수치해석 연구 A Numerical Study on Velocity Distribution Characteristics with Geometric Angle Shape and Various Flow Parameters in a Square-sectional Curved Duct원문보기
곡관내의 유동해석은 원심펌프, 가스터빈의 유로, 열교환기의 냉각코일, 산업용 가스버너의 공기공급관, 공장들의 파이프시스템, 열교환기의 냉각코일 등과 같은 기계공학 응용분야에서 광범위하게 널리 활용되고 있으며, 이러한 열·유체기계의 설계, 운용 및 성능향상을 위해서 유동현상의 정확한 ...
곡관내의 유동해석은 원심펌프, 가스터빈의 유로, 열교환기의 냉각코일, 산업용 가스버너의 공기공급관, 공장들의 파이프시스템, 열교환기의 냉각코일 등과 같은 기계공학 응용분야에서 광범위하게 널리 활용되고 있으며, 이러한 열·유체기계의 설계, 운용 및 성능향상을 위해서 유동현상의 정확한 전산유체역학 해석연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 정사각형 단면을 갖는 곡관에서 각도 180°, 90° 형상 및 다양한 유동인자를 변경하여 유체의 속도분포에 관한 특성을 고찰하기 위해서 먼저, Chang 등[30]이 수행한 180° 곡관에서 얻어진 연구결과와 비교를 통해 RSM 난류모델에 대한 타당성을 검증하였고, CFD해석을 위한 유동인자로 작동유체는 공기와 물을 사용하였고, 곡률반경은 2.5D, 3.375D, 4.5D로 설정하였으며, 입구속도는 3, 6, 9.2, 12, 15m/s이고, 표면거칠기는 0, 0.0001, 0.001mm이며, 수력직경은 70, 80, 88.9, 100, 110mm로 설정하였다. 그 연구결과로 작동유체의 유동특성은 점성력의 차이로 크게 나타났고, 입구속도에 따른 속도분포특성은 곡관의 형상(180° 곡관 및 90° 곡관)에 따라 큰 차이를 나타내지 않았다. 그리고 180° 곡관의 경우에서 곡관내면의 표면거칠기 및 곡률반경에 따른 속도분포특성은 90° 단면위치에서는 표면거칠기가 크고 곡률반경이 작을수록 편차가 크고, 180° 단면위치에서는 표면거칠기가 낮고 곡률반경이 클수록 편차가 커서 표면거칠기와 곡률반경은 서로 상반관계가 있음을 알았다. 또한 곡관후류의 직관부에서 유동편차가 안정화되는 직관거리는 180° 곡관에서 L/D=30이상이고, 90° 곡관에서 L/D=10이상으로 나타났다. 이러한 안정된 직관거리의 위치는 유량계를 통한 계측시 유효한 측정위치로 제시될 수 있을 것으로 사료된다.
곡관내의 유동해석은 원심펌프, 가스터빈의 유로, 열교환기의 냉각코일, 산업용 가스버너의 공기공급관, 공장들의 파이프시스템, 열교환기의 냉각코일 등과 같은 기계공학 응용분야에서 광범위하게 널리 활용되고 있으며, 이러한 열·유체기계의 설계, 운용 및 성능향상을 위해서 유동현상의 정확한 전산유체역학 해석연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 정사각형 단면을 갖는 곡관에서 각도 180°, 90° 형상 및 다양한 유동인자를 변경하여 유체의 속도분포에 관한 특성을 고찰하기 위해서 먼저, Chang 등[30]이 수행한 180° 곡관에서 얻어진 연구결과와 비교를 통해 RSM 난류모델에 대한 타당성을 검증하였고, CFD해석을 위한 유동인자로 작동유체는 공기와 물을 사용하였고, 곡률반경은 2.5D, 3.375D, 4.5D로 설정하였으며, 입구속도는 3, 6, 9.2, 12, 15m/s이고, 표면거칠기는 0, 0.0001, 0.001mm이며, 수력직경은 70, 80, 88.9, 100, 110mm로 설정하였다. 그 연구결과로 작동유체의 유동특성은 점성력의 차이로 크게 나타났고, 입구속도에 따른 속도분포특성은 곡관의 형상(180° 곡관 및 90° 곡관)에 따라 큰 차이를 나타내지 않았다. 그리고 180° 곡관의 경우에서 곡관내면의 표면거칠기 및 곡률반경에 따른 속도분포특성은 90° 단면위치에서는 표면거칠기가 크고 곡률반경이 작을수록 편차가 크고, 180° 단면위치에서는 표면거칠기가 낮고 곡률반경이 클수록 편차가 커서 표면거칠기와 곡률반경은 서로 상반관계가 있음을 알았다. 또한 곡관후류의 직관부에서 유동편차가 안정화되는 직관거리는 180° 곡관에서 L/D=30이상이고, 90° 곡관에서 L/D=10이상으로 나타났다. 이러한 안정된 직관거리의 위치는 유량계를 통한 계측시 유효한 측정위치로 제시될 수 있을 것으로 사료된다.
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