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문제 정의
- 따라서 정압기의 목을 통과한 이후의 유동이 정상적으로 압력과 온도 회복이 달성되고 있는지에 대한 검토가 요구되며, 정압기의 형상에 따른 내부 응축물의 축적 여부나 각 압력비 조건에 따른 저온 영역의 분포를 면밀히 조사하는 것이 절실히 요구된다. 이에 본 연구에서는 중, 고압용 정압기로 많이 사용되는 P사 정압기를 기본 모델로 유사한 형상의 정압기 모델을 구성, 。) 전산 유체역학적(CFD) 해석 방법을 통하여 입출구 압력비 조건에 따른 정압기 내부의 압력, 온도, 속도(마하수) 등의 유 동상태량 분포를 조사하고자 한다. 이를 통하여 정압기의 유동 특성을 규명하고 배관 내부 응축과 응결의 발생 가능성을 검토하며 유동의 질식에 따른 국부적인 온도 강하 영역의 크기와 분포 범 위, 응축물의 축적 가능성 등에 대하여 상세한 조사를 수행하고자 한다.
- 10에서 입출구 압력비의 증가에 비례하여 손실계수가 증가되고 있음을 볼 수 있고, 기체유동인 자도 역시 마찬가지로 비례하여 증가되는 경향을 가지고 있음을 알 수 있다. 따라서 본 연구의 궁극적인 목적 중의 하나인 배관망 해석에서 정압기 모델링을 위한 정압기의 손실계수와 기체 유동 인자 산출이 전산 유체역학 해석과 압축성 유동 이론해석을 통하여 산출된 물리량을 바탕으로 적절히 달성되었음을 확인할 수 있다.
- 본 절에서는 전산 유체역학 해석을 통하여 산출된 결과를 제시하고 각 입출구 압력비에 따른 정압기 내부유동 특성을 조사, 검토하고자 한다. Fig.
- 여기서, 정압시스템과 같이 길이가 비교적 짧은 소규모 배관에서는 단열 과정의 가정이 가능한 것으로 알려져 있으므로 본 연구에서도 단열과정을 도입하고, 이를 시행착오법 (Trial & Error Method)으로 해석하여 정압기 입출구 유동상태량 의 산출을 시도하고자 하였다.(8)
- 아울러 정압시스템과 같은 소규모 배관망 해석에서 적용될 수 있는 정압기 모델링을 위한 해석 방안을 마련하고자 전산 유체역학 해석을 통해 정압기의 임계 유동 특성을 규명하고, 이때 각 입출구 압력비에 따라 산출된 입출구. 유동상태량을 기본 자료로 압축성 유체역학 이론의 적용을 통한 해석방법에 대한 검토와 해석의 적용을 통한 비교와 검증을 시도하고자 한다.
- 이에 본 연구에서는 중, 고압용 정압기로 많이 사용되는 P사 정압기를 기본 모델로 유사한 형상의 정압기 모델을 구성, 。) 전산 유체역학적(CFD) 해석 방법을 통하여 입출구 압력비 조건에 따른 정압기 내부의 압력, 온도, 속도(마하수) 등의 유 동상태량 분포를 조사하고자 한다. 이를 통하여 정압기의 유동 특성을 규명하고 배관 내부 응축과 응결의 발생 가능성을 검토하며 유동의 질식에 따른 국부적인 온도 강하 영역의 크기와 분포 범 위, 응축물의 축적 가능성 등에 대하여 상세한 조사를 수행하고자 한다.
- 즉, 출구 유동은 가역 단열 과정을 따르지 않고 있으며, 실제 유동에서 동반되는 유동 손실에 따른 비가역 과정을 겪을 것으로 생각된다. 이에 따라 본 연구에서는 이러한 정압기를 통과하는 유동손실을 일반적인 일정 단면 배관의 마찰손실로 등가 해석하는 방법의 타당성을 검토하고자 1차원 비가역 단열 과정 압축성 유동 이론을 도입하여 본 CFD 해석 결과와 비교 검토를 수행하였다.
- 중, 고압용 정압기로 많이 사용되는 P사 정압기를 기본 모델로 유사한 형상의 정압기 모델을 구성, 전산 유체역학적 해석 방법을 통하여 입출구 압력비 조건에 따른 정압기 내부의 압력, 온도, 속도(마하수) 등의 유동상태량을 산출하고자 한다.
가설 설정
- 대상 유체는 일반적인 조성의 천연가스 (Natural Gas)로 하였고, 경계조건은 입구 총압 (Stagnation Pressure) 일정 조건, 출구는 정압(Static Pressure) 일정조건으로 적용하였다. 즉, 정압기 입구에는 일종의 대형 저장조가 연결되어 있어 균일한 압력을 지속적으로 제공하는 것으로 가정 하였고, 출구는 대기압으로 가정하여 대기로 방출되는 상황을 가정하였다. 물론 실제 정압시스템에서의 조건은 이와 같이 않으나, 입출구 압력비 변화에 따른 정압기의 유동 특성을 규명하고, 주어진 경계조건에서 내부유동의 세부적인 특성을 파악하기에는 이러한 해석모델이 적절할 것으로 판단되었다.
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