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오리피스 유량계의 유동헌팅 영향인자에 관한 전산유체역학적 연구
A Numerical Study on the Factors of the Flow Hunting in a Orifice Meter 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.36 no.4 = no.319, 2012년, pp.449 - 455  

신창훈 (한국가스공사 연구개발원)

초록
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천연가스와 같은 기체유동의 계량에 있어서, 유동헌팅현상은 대부분의 오리피스 유량계에서 관찰되나 유동헌팅의 크기는 각 계량 시스템에 따라 다르다. 이러한 차이가 발생하는 원인과 이것이 과연 유동의 불안정성이나 계량오차와 실제로 연관되는지에 대한 검토를 위해, 선행연구에서 유동헌팅이 발생하는 근본적인 원인과 헌팅을 지배하는 관련인자에 대한 배관망해석 연구를 시행하였다. 이에 연계하여, 본 연구에서는 실제 유동의 불안정성과 헌팅률 간의 상관관계를 규명하고자 전산유체역학적 해석방법을 도입하여 오리피스 유량계를 대상으로 입구 압력변동의 크기, 발생 시간 및 유량에 따른 영향을 검토하고자 하였다. 결과적으로, 압력헌팅이 오리피스 전후방 차압비의 함수임을 증명하였고 3차원 CFD 해석을 통하여 유동헌팅에 영향을 주는 주요인자를 분석하고 상관관계를 규명하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

During the measurement of the flow rate of gases such as natural gas, flow hunting is observed in most orifice meters but the intensity of flow hunting at each metering system shows different characteristics. In order to investigate why such a difference occurs and whether the difference actually in...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에 본 연구에서는, 선행연구에서 검토된 배 관계통 영향의 검토에 부가하여, 실제 유동의 불안정성(변동량)과 헌팅률간의 상관관계를 규명하고자 전산유체역학(CFD) 해석방법을 도입하여 오 리피스 유량계를 대상으로 3차원 CFD 해석모델을 구축하여, 입구 압력변동의 크기, 발생 시간및 유량에 따른 영향을 검토하고자 하였다. 궁극적으로 이러한 방법들을 통하여, 유동 헌팅의 근본적인 원인과 영향인자를 규명하고, 천연가스 배관계통에서 계량오차를 유발하는 유동 불안정성과의 유동 헌팅률의 관련성과 관련 표지자로서의 적절성을 검토하고자 시도하였다.
  • 본 연구에서는 이러한 관계식 검토 결과를 전산유체역학적 해석방법을 통하여 검증하고 검토된 각 인자의 영향을 확인하고자 오리피스 유량계를 통과하는 유동에 대하여 3차원 CFD 해석방법을 도입하여 해석적 검토를 진행하였다. 또한, 관계식에서 오리피스 전후방 압력의 시간변화량은 실제 기준시간과 경과시간의 간격에 따라 변화될 수 있으며, 이러한 시간간격의 영향에 대한 검토도 아울러 수행하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 유동 헌팅의 근본적인 원인과 영향인자를 규명하고, 천연가스 배관계통에서 계량오차를 유발하는 유동 불안정성과의 유동 헌팅 률의 관련성 및 관련 표지자로서의 적절성을 검토하고자 오리피스 유량계를 대상으로 3차원 CFD 해석을 수행하였다. 이를 통하여 다음의 결론을 도출하였다.
  • 본 연구에서는 이러한 관계식 검토 결과를 전산유체역학적 해석방법을 통하여 검증하고 검토된 각 인자의 영향을 확인하고자 오리피스 유량계를 통과하는 유동에 대하여 3차원 CFD 해석방법을 도입하여 해석적 검토를 진행하였다. 또한, 관계식에서 오리피스 전후방 압력의 시간변화량은 실제 기준시간과 경과시간의 간격에 따라 변화될 수 있으며, 이러한 시간간격의 영향에 대한 검토도 아울러 수행하고자 하였다.
  • 본 장에서는 오리피스 유량계를 통과하는 유동을 해석하여 오리피스를 통과하는 유동의 특성을 검토하고, 산출된 유동 정보를 이용하여 유량 헌팅과 관계된 각 유동상태량을 산출하여 유동 특성과 헌팅과의 관계를 규명하고자 하였다.
  • 이때, 오리피스 전후방 압력의 시간 변화량은 실제 기준시간과 경과시간간의 시간간격에 따라 δPb - δPa의 값이 변화될 수 있음을 보여주는 결과를 제시하는 것이다.
  • 이에 본 연구에서는, 선행연구에서 검토된 배 관계통 영향의 검토에 부가하여, 실제 유동의 불안정성(변동량)과 헌팅률간의 상관관계를 규명하고자 전산유체역학(CFD) 해석방법을 도입하여 오 리피스 유량계를 대상으로 3차원 CFD 해석모델을 구축하여, 입구 압력변동의 크기, 발생 시간및 유량에 따른 영향을 검토하고자 하였다. 궁극적으로 이러한 방법들을 통하여, 유동 헌팅의 근본적인 원인과 영향인자를 규명하고, 천연가스 배관계통에서 계량오차를 유발하는 유동 불안정성과의 유동 헌팅률의 관련성과 관련 표지자로서의 적절성을 검토하고자 시도하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
천연가스 수송과 같은 고속 고압 기체의 계량에서 어려운 것? 천연가스 수송과 같은 고속 고압 기체의 계량은 계량의 정확도 유지가 쉽지 않다. 특히 수요량의 급격한 변화와 유량계 주변 배관시스템 내 유체기계의 작동에 따른 불안정성에 직접적인 영향을 받을 가능성이 높다.
유동 헌팅률은 무엇으로써 활용되는가? 5% 범위 이내로 유지하는 노력이 요구되고 있다. 여기서, 유동 헌팅률은 유동의 불안정성을 계량하는 표지자로써 사용되고 있으며, 이를 통하여 계량오차의 경향을 간접적으로 추정하거나, 가늠하는데 사용하고 있다. (1,2) 실제로 유동헌팅현상은 대부분의 오 리피스 유량계에서 관찰되나 유동헌팅의 강도는각 계량 시스템에 따라 다르다.
천연가스 수송과 같은 고속 고압 기체의 계량은 무엇에 직접적인 영향 받는가? 천연가스 수송과 같은 고속 고압 기체의 계량은 계량의 정확도 유지가 쉽지 않다. 특히 수요량의 급격한 변화와 유량계 주변 배관시스템 내 유체기계의 작동에 따른 불안정성에 직접적인 영향을 받을 가능성이 높다. 실제로 현장에서는 이러한 천연가스 계량과 관련하여, 유동의 불안정성(변동성)은 유동헌팅(Hunting, 난조)현상으로 나타나며, 직·간접적으로 계량오차를 유발하는 것으로 알려져 있어, 유동 헌팅률을 0.
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참고문헌 (9)

  1. Ahn, S. H. and Her, J. H., 1999, An Experimental Study of the Accuracy Comparison by the Installation Condition, KOGAS R&D Report 

  2. Ahn, S. H. and Her, J. H., 1999, An Field Study on the Accuracy Comparison of the Meter, KOGAS R&D Report 

  3. Ahn, S. H., Chung, J. T., Shin, C. H. and Dong, J. H, 2005, "The Effect of Metering Error Due to the Flow Fluctuation," KFMA, Vol. 9, No. 3, pp. 73-79. 

  4. Ahn, S. H. and Her, J. H., 2006, "An Introduction about the Flow Hunting on the Field Operation Problems of Natural Gas Meters," KOGAS R&D Report 

  5. Shin C. H., Ahn S. H., Chung J. T., Her J. Y. and Kim W. S., 2005, "The Numerical Analysis about the Flow-Hunting Characteristics of the Orifice Meter," Proceedings of the KSME 2005 Fall Annual Meeting, pp. 247-252. 

  6. Shin, C. H., 2011, "A Pipeline Network Analysis on the Source and the Relation with Pipe Diameter of the Flow Hunting in a Orifice Meter," KIGAS, Vol. 15, No. 1, pp. 54-59. 

  7. ISO, 1991, Measurement of Fluid Flow by Means of Pressure Differential Devices, ISO 5167-1. 

  8. AGA, 1991, Orifice Metering of Natural Gas, A.G.A Report No. 3. 

  9. Fluent Inc., 2003, "FLUENT 6.1 User's Guide" 

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