[논문]유체유동에 의한 감육배관의 국부응력변화 평가

김영진; 송기훈; 이상민; 장윤석; 최재붕

유체유동에 의한 감육배관의 국부응력변화 평가
Estimation of Local Stress Change of Wall-Thinned Pipes due to Fluid Flow 원문보기

본 논문은 배관에 대한 유동해석과 구조해석을 연계하여 감육부 최심점에서의 국부응력변화를 평가하기 위한 새로운 방법을 제시하였다. 이를 위해 배관 크기, 감육깊이 및 길이 등 3가지 변수를 고려한 해석모델을 적용하고, 침부식 또는 유동가속부식에 취약한 배관계통에서의 2가지 대표적 유체유동을 적용시켜 배관에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 유체의 흐름은 정상상태 비압축성 유동으로 가정하였고, 그 결과값을 감육배관 최심점에서의 국부응력을 구하기 위해 수행한 유한요소해석의 초기조건으로 적용하였다. 이러한 방법으로 구한 감육부에서의 압력분포와 기존의 단순 내압만을 고려한 경우와 상이하며, 그 결과를 비교하여 나타내었다. 향후 본 논문은 발전소설비나 가스설비의 배관건전성 평가에 참고자료로 적용 가능할 것으로 사료된다.

In this paper, a new evaluation scheme is suggested to estimate load-carrying capacities of wall thinned pipes. At first, computational fluid dynamics analyses employing steady-state and incompressible flow are carried out to determine pressure distributions in accordance with conveying fluid. Then, the variational pressures are applied as input condition of structural finite element analyses to calculate local stresses at the deepest point. The efficiency of proposed scheme was proven from comparison to conventional analyses results and it is recommended to consider the fluid structure interaction effect for exact integrity evaluation.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

1) 본 논문에서 감육배관의 건전성 평가에 있어 유체 유동을 고려한 새로운 평가 방법을 제시하였다.
본 논문에서는.감육배관의 일반적인 운전조건 하에서 유체 유동이 배관 건전성에 어떤 영향을 미치는지 를 연구하기 위해 감육길이비와 감육깊이비의 영향을 고려하였다. 또한 감육배관에 대한 유동해석과 구조해석 수행하였으며, 얻어진 결론은 다음과 같다.
따라서 본 논문에서는 유체의 유속이 배관 감육부의 응력 변화에 미치는 영향을 유동 및 구조해석을 이용하여 기존의 방법과 비교하고자 한다.

가설 설정

초기경계조건으로는 velocity-inlet과 pressure-outlet 조건을 적용하였고, no-slip 마찰조건을 이용하여 벽면과 유체 간의 마찰을 무시하였다. 유체유 동은 정상상태, 비압축성 난류유동으로 가정하였다. 유 동해석에 이용된 요소망은 I-deas ver.

제안 방법

Fig. 1은 유체부와 배관부에 대한 형상을 모사한 것 으로서, 배관의 평균반경 R, ”, 감육깊이 d, 감육길이 21, 감육각도 20 등을 주요 형상 변수로 설정하여 유동해 석과 구조해석을 수행하였다.
감육부 최심점에서의 등가응력을 비교하기 위해 일정한 내압이 작용하는 경우와 유동해석으로부터 얻어진 결과값을 이용하여 3차원 유한요소 해석을 수행하였다. 또한 감육형상과 유속에 의한 영향을 분석하기 위해 연성해석을 수행하여 그 결과를 비교하여 Fig.
감육배관의 일반적인 운전조건 하에서 유체 유동이 배관 건전성에 어떤 영향을 미치는지 를 연구하기 위해 감육길이비와 감육깊이비의 영향을 고려하였다. 또한 감육배관에 대한 유동해석과 구조해석 수행하였으며, 얻어진 결론은 다음과 같다.
선행 연구로부터 얻어진 배관 감육부의 압력분포를 적용하여, 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS[16] 를 이용하여 감육배관에 대한 3차원 유한요소 해석을 수행하였다. 또한 동일한 조건에 대해 기존의 평가방법 인 배관 감육부에 일정한 내압을 적용시켜 3차원 유한 요소 해석을 수행하였다.
감육부에서 RJt, d/ t, l/t와 유속 V에 의해 내압이 10% 이상 증가하였다. 또한 얻어진 결과값을 구조해석의 초기입력조건으로 이용하였다.
선행 연구로부터 얻어진 배관 감육부의 압력분포를 적용하여, 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS[16] 를 이용하여 감육배관에 대한 3차원 유한요소 해석을 수행하였다. 또한 동일한 조건에 대해 기존의 평가방법 인 배관 감육부에 일정한 내압을 적용시켜 3차원 유한 요소 해석을 수행하였다.
Battelle에서는 내압과 외부하중이 작용하는 감 육배관의 해석을 위해 유한요소해석 프로그램인 PCORR을 개발하였다. 소성붕괴에 의한 파괴를 제어 하는 인자를 정의하기 위한 연구를 수행하였으며, 감 육배관 파손에 영향을 미치는 인자들을 고려하여 감육 부의 파괴압력에 대하여 다음과 같은 기준식을 제시하였다.
2[13]< 이용하여 해 석을 수행하였다. 초기경계조건으로는 velocity-inlet과 pressure-outlet 조건을 적용하였고, no-slip 마찰조건을 이용하여 벽면과 유체 간의 마찰을 무시하였다. 유체유 동은 정상상태, 비압축성 난류유동으로 가정하였다.
Table 1은 본 논문에서 수행한 해석 경우에 대해 정리한 것이다. 해석에 이용된 하중은 3.5 MPa로 동일한 내압을 적용한 경우와 유동해석 에 의해 얻어진 압력 분포를 적용한 경우에 대해 해석을 수행하였다. 내압이 작용하는 경우, 내압에 의해 발생하는 등기축방향 응력을 배관의 끝단에 작용시켰다.

대상 데이터

유체부에 사용된 요소는 육면체체적요소 (hexahedral volume mesh)를 사용하였으며, 요소수는 34, 000개의 요소를 사용하였다. 대상유체는 물을 고려 하였으며, 982 kg/n?의 밀도와 0.001003 kg/ms의 점성 을 가진다.
내압이 작용하는 경우, 내압에 의해 발생하는 등기축방향 응력을 배관의 끝단에 작용시켰다. 또한 해석에 사용된 요소망은 20 절점 등계수 사각주 요소(20-node isoparametric brick element)를 사용하였으며, 69, 909개의 절점과 14, 480개 요소 수를 가진다. 또한 형상과 하중의 대칭조건을 고려하여 Fig.
2(a)와 같이 요소망을 생성 하였다. 유체부에 사용된 요소는 육면체체적요소 (hexahedral volume mesh)를 사용하였으며, 요소수는 34, 000개의 요소를 사용하였다. 대상유체는 물을 고려 하였으며, 982 kg/n?의 밀도와 0.

데이터처리

0[12]을 이용하여 모델링하였다. 또한 유체 유동에 의한 배관감육의 압력 분포를 알아내기 위해 범 용 유동해석 프로그램인 Fluent 6.2[13]< 이용하여 해 석을 수행하였다. 초기경계조건으로는 velocity-inlet과 pressure-outlet 조건을 적용하였고, no-slip 마찰조건을 이용하여 벽면과 유체 간의 마찰을 무시하였다.

이론/모형

유체유 동은 정상상태, 비압축성 난류유동으로 가정하였다. 유 동해석에 이용된 요소망은 I-deas ver. 10[14]과 Gambit ver. 2.2[15]를 이용하여 Fig. 2(a)와 같이 요소망을 생성 하였다. 유체부에 사용된 요소는 육면체체적요소 (hexahedral volume mesh)를 사용하였으며, 요소수는 34, 000개의 요소를 사용하였다.
유동해석을 위하여 상용 CAD 프로그램인 Autodesk Inventor v.9.0[12]을 이용하여 모델링하였다. 또한 유체 유동에 의한 배관감육의 압력 분포를 알아내기 위해 범 용 유동해석 프로그램인 Fluent 6.

성능/효과

2) 유동해석과 구조해석을 수행한 감육부 최심점에서의 등가응력은 기존의 배관에 대한 구조해석만을 수행한 경우에 비해 등가응력이 최대 10% 이상 높은 결과 값을 보였다.
3) 본 연구 결과에서 배관 두께에 대한 감육깊이 비가 커질 할수록 감육부 최심점에서의 등가 응력은 4-10%의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 이 결과는 다른 변수들에 비해 감육부에 미치는 영향이 가장 큰 것으로 사료된다.
동일한 유속조건에서 d가 0.25에서 0.75로 증가할수록 %FD+Fe/짜E의 값은 증가함을 알 수 있다. 또한 心가 5에서 20으로 증가할 때 아:fd+fMfi는 감소함을 알 수 있다.

원문 보기

ScienceON 원문보기

원문 URL 링크

DBPia : 저널

*원문 PDF 파일 및 링크정보가 존재하지 않을 경우 KISTI DDS 시스템에서 제공하는 원문복사서비스를 사용할 수 있습니다.

내보내기 메뉴

내보내기 구분

파일저장
인쇄
메일전송

구성항목

기본정보
상세정보

관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관

저장형식

Text(ASCII format)
Excel format
RefWorks Direct Export
RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley

메일정보

받는사람 (필수): @
보내는사람 (선택): @
제목
내용: KISTI 검색결과 이메일 서비스

안내

총 건의 자료가 검색되었습니다.

다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000)

검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다.

데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요)

다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다.
파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오.

Text(ASCII format)
Excel format

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

AI-Helper ※ AI-Helper는 을 사용합니다.

AI-Helper

안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

연합인증

유체유동에 의한 감육배관의 국부응력변화 평가
Estimation of Local Stress Change of Wall-Thinned Pipes due to Fluid Flow 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어