흡수정은 댐이나 저수지에 저장된 물을 흡입하여 사용하는 설비이다. 흡입한 다량의 물은 화력 및 원자력 등의 대형 발전소의 냉각시스템에 사용된다. 특징으로 흡입 유량과 흡수정의 비가 작으면 흡입구 주변에서 유속이 증가한다. 이로 인해 와류나 선회류의 불균형 유동이 발생된다. 불균형 유동은 흡수정의 성능을 저하나 고장의 원인이 된다. 해결하기 위한 다양한 방법이 고안되고 있으나 최저수위 일 경우 정확한 해결 방법을 찾지 못하고 있다. 가장 효율적인 해결방법으로는 AVD를 설치하거나 관로를 길게하는 방법이 있다. 이렇게 설치된 구조물이 유동의 흐름을 균일하게 만들어 주기 때문이다. 본 논문에서는 관로의 길이와 AVD의 형태 변화에 따른 흡수정 내의 유동특성을 수치해석으로 분석한다. 수치해석을 위하여 수정의 흡입부, 섬프, 펌프의 3단계로 분리하여 모델링하였다. 격자는 해석의 정확도를 위해 흡입부는 비조밀, 흡수정과 AVD는 조밀하게 하였다. ANSYS ICEM-CFD 14.5를 이용하여 120~150만개의 격자를 생성하였고 Tetra grid와 Prism grid를 혼용하였다. 해석을 위해 상용 CFD 프로그램인 ANSYS CFX14.5의 SST 난류모델을 선정하였다. 조건으로 H.W.L 6.0m, L.W.L 3.5, Qmax 4.000 kg/s, Qavg 3.500 kg/s Qmin 2.500 kg/s로 설정하였다. 보텍스 각도와 속도분포로 해석한 결과는 다음과 같다. Ext E-type의 AVD를 설치한 흡수정이 최고수위 일때 합격하였다. 추후, Ext E-type을 기본으로 하여 최저수위일 때 만족하는 연구가 필요하다.
흡수정은 댐이나 저수지에 저장된 물을 흡입하여 사용하는 설비이다. 흡입한 다량의 물은 화력 및 원자력 등의 대형 발전소의 냉각시스템에 사용된다. 특징으로 흡입 유량과 흡수정의 비가 작으면 흡입구 주변에서 유속이 증가한다. 이로 인해 와류나 선회류의 불균형 유동이 발생된다. 불균형 유동은 흡수정의 성능을 저하나 고장의 원인이 된다. 해결하기 위한 다양한 방법이 고안되고 있으나 최저수위 일 경우 정확한 해결 방법을 찾지 못하고 있다. 가장 효율적인 해결방법으로는 AVD를 설치하거나 관로를 길게하는 방법이 있다. 이렇게 설치된 구조물이 유동의 흐름을 균일하게 만들어 주기 때문이다. 본 논문에서는 관로의 길이와 AVD의 형태 변화에 따른 흡수정 내의 유동특성을 수치해석으로 분석한다. 수치해석을 위하여 수정의 흡입부, 섬프, 펌프의 3단계로 분리하여 모델링하였다. 격자는 해석의 정확도를 위해 흡입부는 비조밀, 흡수정과 AVD는 조밀하게 하였다. ANSYS ICEM-CFD 14.5를 이용하여 120~150만개의 격자를 생성하였고 Tetra grid와 Prism grid를 혼용하였다. 해석을 위해 상용 CFD 프로그램인 ANSYS CFX14.5의 SST 난류모델을 선정하였다. 조건으로 H.W.L 6.0m, L.W.L 3.5, Qmax 4.000 kg/s, Qavg 3.500 kg/s Qmin 2.500 kg/s로 설정하였다. 보텍스 각도와 속도분포로 해석한 결과는 다음과 같다. Ext E-type의 AVD를 설치한 흡수정이 최고수위 일때 합격하였다. 추후, Ext E-type을 기본으로 하여 최저수위일 때 만족하는 연구가 필요하다.
sump pump is a system that draws in water that is stored in a dam or reservoir. They are used to pump large amounts of water for cooling systems in large power plants, such as thermal and nuclear plants. However, if the flow and sump pump ratio are small, the flow rate increases around the inlet por...
sump pump is a system that draws in water that is stored in a dam or reservoir. They are used to pump large amounts of water for cooling systems in large power plants, such as thermal and nuclear plants. However, if the flow and sump pump ratio are small, the flow rate increases around the inlet port. This causes a turbulent vortex or swirl flows. The turbulent flow reduces the performance and can cause failure. Various methods have been devised to solve the problem, but a correct solution has not been found for low water level. The most efficient solution is to install an anti-vortex device (AVD) or increase the length of the sump inlet, which makes the flow uniform. This paper presents a computational fluid dynamics (CFD) analysis of the flow characteristics in a sump pump for different sump inlet lengths and AVD types. Modeling was performed in three stages based on the pump intake, sump, and pump. For accurate analysis, the grid was made denser in the intake part, and the grid for the sump pump and AVD were also dense. 1.2-1.5 million grid elements were generated using ANSYS ICEM-CFD 14.5 with a mixture of tetra and prism elements. The analysis was done using the SST turbulence model of ANSYS CFX14.5, a commercial CFD program. The conditions were as follows: H.W.L 6.0 m, L.W.L 3.5, Qmax 4.000 kg/s, Qavg 3.500 kg/s Qmin 2.500 kg/s. The results of analysis by the vertex angle and velocity distribution are as follows. A sump pump with an Ext E-type AVD was accepted at a high water level. However, further studies are needed for a low water level using the Ext E-type AVD as a base.
sump pump is a system that draws in water that is stored in a dam or reservoir. They are used to pump large amounts of water for cooling systems in large power plants, such as thermal and nuclear plants. However, if the flow and sump pump ratio are small, the flow rate increases around the inlet port. This causes a turbulent vortex or swirl flows. The turbulent flow reduces the performance and can cause failure. Various methods have been devised to solve the problem, but a correct solution has not been found for low water level. The most efficient solution is to install an anti-vortex device (AVD) or increase the length of the sump inlet, which makes the flow uniform. This paper presents a computational fluid dynamics (CFD) analysis of the flow characteristics in a sump pump for different sump inlet lengths and AVD types. Modeling was performed in three stages based on the pump intake, sump, and pump. For accurate analysis, the grid was made denser in the intake part, and the grid for the sump pump and AVD were also dense. 1.2-1.5 million grid elements were generated using ANSYS ICEM-CFD 14.5 with a mixture of tetra and prism elements. The analysis was done using the SST turbulence model of ANSYS CFX14.5, a commercial CFD program. The conditions were as follows: H.W.L 6.0 m, L.W.L 3.5, Qmax 4.000 kg/s, Qavg 3.500 kg/s Qmin 2.500 kg/s. The results of analysis by the vertex angle and velocity distribution are as follows. A sump pump with an Ext E-type AVD was accepted at a high water level. However, further studies are needed for a low water level using the Ext E-type AVD as a base.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이를 해결하기 위해서는 흡수정에 흡입되는 관로를 길게하거나 AVD(Anti Vortex Device)라는 특수 구조물을 설치하여 유동을 균일하게 만들는 방법이 주로 사용된다. 본 논문에서는 흡수정 관로의 길이와 AVD의 형태 변화에 따른 흡수정 내의 유동특성(Flow characteristic)을 수치해석(CFD) 데이터를 정리하고 흡수정의 유동특성 두종류의 분석식의 만족하는 모델을 결정하데 그 목적을 둔다.
가설 설정
의 경유 최고수위에서 유속에 상관없이 모든 속도분포값이 분석식에 만족함을 보였으나 보텍스의 각도가 불만족을 보였다. Ext E-type의 AVD가 장착된 형태는 최고수위에서 모든 값이 합격기준에 만족하였다. 하지만 극한의 상태인 최저수위에서는 합격하지 못함을 확인하였다.
2는 흡수정 내에 설치된 흡힙관의 형태에 따른 흡수정의 분류이다. 각 흡입관의 형태에 따라 발생되는 보텍스가 달라진다. 여러 가지의 보텍스 종류 중 흡수정의 성능에 영향을 미치는 대표적은 2.
흡수정에 흡입관로와 AVD의 상태에 따른 CFD 유동 해석결과는 다음과 같다. 최고수위와 평균 유속 및 최저 유속에 관한 Ext-E type의 형태는 속도 및 보텍스 각도 측정이 규정에 만족하였다. 위의 정량적은 값은 최고수위에서 최고유량의 포인트별 속도 분포는 p1=1.
제안 방법
국내의 연구들로, 박영규[12]가 물, 공기의 2상 상태를 해석하였으며 최종웅[13,14]는 단일 흡수정에서 AVD의 해석을 표영석[15]은 커튼월을 이용한 와류방지에 관한 수치해석을 하였다. 기본 흡수정의 분석으로 시작된 연구는 AVD장치의 연구로 발전하였고 이를 통해 얻어진 연구데이터를 기반으로 단일 채널 흡수정에서 다채널 흡수정의 해석으로 발전하였고 AVD장치는 흡수정 형태 변화에서 커튼벽, 흡수정 내부장치 등을 설치하여 와류의 저감 효과를 해석하였다. 이와 같은 연구에도 불구하고 흡수정이 대형으로 설치되는 경우 해석결과와 상이한 결과를 보이기에 유동특성의 분석식을 통해 분류의 기준을 잡는 방식으로 발전하였다.
본 연구에서는 흡수정의 흡입부(In-tank), 섬프(Sump), 펌프(Pump)의 3단계로 분리하여 모델링하였고 해석의 정확도를 위해 흡수정 관로는 비조밀하게 생성하였고 해석결과에 영향을 미치는 흡수정과 AVD의 격자를 조밀하게 하였다. 사용 프로그램은 ANSYS ICEM-CFD 14.
기본 흡수정의 분석으로 시작된 연구는 AVD장치의 연구로 발전하였고 이를 통해 얻어진 연구데이터를 기반으로 단일 채널 흡수정에서 다채널 흡수정의 해석으로 발전하였고 AVD장치는 흡수정 형태 변화에서 커튼벽, 흡수정 내부장치 등을 설치하여 와류의 저감 효과를 해석하였다. 이와 같은 연구에도 불구하고 흡수정이 대형으로 설치되는 경우 해석결과와 상이한 결과를 보이기에 유동특성의 분석식을 통해 분류의 기준을 잡는 방식으로 발전하였다.
대상 데이터
해석에 사용된 모델은 미국 국제펌프기준인 (HI:Hydraulic institute)의 기준인 Base 모델과 AVD가 장착된 C-type, E-type, Ext E-type의 모델을 최고수위(H.W.L), 최저수위(L.W.L)을 기준으로 최고유량(Qmax), 최저유량 (Qmin), 평균유량(Qavg)의 24케이스에 관한 유동특성을 확인하였다.
5의 자동격자 생성방식을 이용하여 비조밀 해석영역에는 Tetra grid를, 조밀 영역의 벽면에는 Prism grid를 생성하였다. 형상에 따라 100만개∼150만개의 격자를 사용하였다.
이론/모형
본 연구에서는 흡수정의 흡입부(In-tank), 섬프(Sump), 펌프(Pump)의 3단계로 분리하여 모델링하였고 해석의 정확도를 위해 흡수정 관로는 비조밀하게 생성하였고 해석결과에 영향을 미치는 흡수정과 AVD의 격자를 조밀하게 하였다. 사용 프로그램은 ANSYS ICEM-CFD 14.5의 자동격자 생성방식을 이용하여 비조밀 해석영역에는 Tetra grid를, 조밀 영역의 벽면에는 Prism grid를 생성하였다. 형상에 따라 100만개∼150만개의 격자를 사용하였다.
후속연구
추후 Case 4.의 모델을 기본으로 최저수위일 때 보텍스 각도를 줄이는 AVD형상에 대한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
흡수정에서 흡입한 물은 어디에 사용되는가?
흡수정(Sump Pump)은 댐이나 저수지에 저장된 물을 펌프로 흡입 후 배출하면서 용도에 맞게 이용하도록 제작된 설비를 말한다. 흡수정에서 흡입한 다량의 물은 화력 및 원자력 등의 대형 발전소의 냉각시스템에 주로 사용된다. 특징으로는 흡입유량과 흡수정의 비가 작으면 흡입구 주변의 유속 증가하고 이로 인해 불균형 유동이 발생된다.
흡수정이란?
흡수정은 댐이나 저수지에 저장된 물을 흡입하여 사용하는 설비이다. 흡입한 다량의 물은 화력 및 원자력 등의 대형 발전소의 냉각시스템에 사용된다.
흡수정 불균형 유동의 해결을 위한 가장 효율적인 방법은?
해결하기 위한 다양한 방법이 고안되고 있으나 최저수위 일 경우 정확한 해결 방법을 찾지 못하고 있다. 가장 효율적인 해결방법으로는 AVD를 설치하거나 관로를 길게하는 방법이 있다. 이렇게 설치된 구조물이 유동의 흐름을 균일하게 만들어 주기 때문이다.
참고문헌 (15)
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