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문제 정의
- 캐비테이션이 발생하는 유동에서 최소 압력은 음압보다 작아지지 않으므로 단상 유동의 그것보다 높게 유지되는 반면 압력 손실은 보다 크게 나타난다. 그러나 이러한 특정 조건에서 압력 강하가 커지는 것은 손실의 개념이 아닌 유량 제어란 측면에서 유용성을 가지며 이러한 특성을 정성적/정량적으로 확인하는 것이 본 연구의 목적이기도 하다.
- 이에 본 연구에서는 하류의 압력 변동이 있을 때 벤튜리에 의한 유량 제어 성능을 평가하고자 하며 이를 위하여 수치해석과 실험을 병행하였다. 본 연구에서 구한 벤튜리에서의 압력과 유량에 관한 정량적인 관계는 벤튜리의 유량 제어 기능을 확인하기에 충분하며 또한 벤튜리가 장착 된 시스템을 설계하기 위해 필수적인 자료라 하 겠다.
- 다만 앞서의 언급은 이러한 요소들이 캐비테이션 발생에 있어 매우 중요하다는 점을 상기시키기 위한 것이다. 본 연구에서는 가장 중요한 영향을 미칠 것으로 사료되는 비응축기체의 농도가 캐비테이션 발생에 미치는 영향을 예측하였다. 불순물 농도 역시 중요한 영향을 가질 것으로 예상되나 본 연구에서 사용한 수치해석 모형에 불순물의 영향은 포함되어 있지 않으므로 이에 대한 연구는 생 략하였다.
- 본 연구에서는 가장 중요한 영향을 미칠 것으로 사료되는 비응축기체의 농도가 캐비테이션 발생에 미치는 영향을 예측하였다. 불순물 농도 역시 중요한 영향을 가질 것으로 예상되나 본 연구에서 사용한 수치해석 모형에 불순물의 영향은 포함되어 있지 않으므로 이에 대한 연구는 생 략하였다.
- 이러한 현상은 오리피스에서도 동일하게 발생하며 이에 대한 다수의 연구가 문헌[5, 6]에 보고되어 있으나 벤튜리에 관한 연구[7, 8]는 상대적으로 적고 특히, 유량과 압력 강하에 관한 정량적인 관계는 개발자가 확보해야 하는 상황이다. 이에 본 연구에서는 하류의 압력 변동이 있을 때 벤튜리에 의한 유량 제어 성능을 평가하고자 하며 이를 위하여 수치해석과 실험을 병행하였다. 본 연구에서 구한 벤튜리에서의 압력과 유량에 관한 정량적인 관계는 벤튜리의 유량 제어 기능을 확인하기에 충분하며 또한 벤튜리가 장착 된 시스템을 설계하기 위해 필수적인 자료라 하 겠다.
가설 설정
- 혼합물의 밀도는 식 (7)로 구한다. 이때 액상과 기상에 대한 각각의 밀도는 일정한 것으로 가정 하였다.
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