[논문]주름관 내부 유동과 압력강하에 대한 D형 그루브의 영향에 관한 수치해석

홍기배; 김동우; 유홍선

doi:10.21729/ksds.2021.14.1.1

초록
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주름관은 자체의 신축성으로 변형에 의한 파손에 대응하고 설비의 편리성으로 인해 소방장비, 스프링클러 배관 등에 널리 사용된다. 그러나 벽의 주름진 형상으로 인해 복잡한 내부 난류유동이 발생하게 되며, 파이프 유동에 중요한 설계인자인 압력강하의 예측이 어렵다. 주름관 내의 압력강하에는 그루브 높이, 길이, 피치 등 파이프 벽의 형상 인자가 영향을 준다. 기존의 연구에는 관 내의 사각형 그루브의 피치(P)와 높이(K)의 비가 5 보다 작은 D형관의 경우에 대하여 길이 변화에 따른 압력 강하에 관하여 연구한 사례가 있다. 본 연구에서는 길이와 높이 변화를 고려한 P/K가 2.8, 3.5, 4.67의 경우 유동의 Re 수가 55,000, 70,000, 85,000인 경우에 대해 압력강하에 대한 수치해석 연구를 수행하였고, 주름관 내의 압력강하는 P/K 가 작을수록 감소하는 것으로 해석되어 압력 강하가 그루브 가로 세로 비율의 변화에 영향을 받고, 그루브 높이가 증가하면 재순환 면적이 증가하기 때문에 영향을 받는다는 것을 보여주었으며, 레이놀즈 수가 클수록 압력 강하가 증가하는 결과를 얻었다.

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A corrugated pipe is widely used in firefighting equipment and sprinkler pipes because of its elasticity, which is less damaged by deformation and convenient facilities. However, the corrugated shape of the wall results in complex internal turbulent flow, and it is difficult to predict the pressure ...

A corrugated pipe is widely used in firefighting equipment and sprinkler pipes because of its elasticity, which is less damaged by deformation and convenient facilities. However, the corrugated shape of the wall results in complex internal turbulent flow, and it is difficult to predict the pressure drop, which is an important design factor for pipe flow. The pressure drop in the corrugated tube is a function of the shape factors of the pipe wall, such as groove height, length, and pitch. Existing studies have only shown a study of pressure drop due to length changes in the case of D-shaped tubes with less than 5 pitch (P) and height (K) of the rectangular grooves in the tube. In this work, we conduct a numerical study of pressure drop for P/Ks with length and height changes of 2.8, 3.5 and 4.67 with Re Numbers of 55,000, 70,000 and 85,000. The pressure drop in the corrugated tube was interpreted to decrease with smaller P/K. We show that the pressure drop is affected by the change in the groove aspect ratio, and the increase in the height of the groove increases the recirculation area, and the larger the Reynolds number, the greater the pressure drop.

주제어

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그림 Fig. 1. The Corrugated Pipe Parameters
그림 Fig. 2. Comparison Velocity Between Numerical and Theoretical Results for Fully Developed Flow
그림 Fig. 3. Grid Independent Test
그림 Fig. 4. The Grids for Numerical Analysis
표 Table 1. Case study of this research
그림 Fig. 5. Results on Streamline at the First Located Groove Depending on Reynolds Number and Each Size of Grooves
그림 Fig. 6. Results on Velocity Vector with Contours at the First Located Groove
그림 Fig. 7. Details View on the Velocity Vector in Case of Re. Number of 70,000
그림 Fig. 8. Results on Turbulent Kinetic Energy at the First Located Groove
그림 Fig. 9. Results of Pressure Drop on Smooth Pipe and Pipe with Corrugated Shape as A Function of Reynolds Number

참고문헌 (7)

Bernhard, D. M. and Hsieh, C. K. (1996). Pressure Drop in Corrugated Pipes. Journal of Fluids Engineering. 118(2): 409-410. 10.1016/j.ecss.2008.06.006.

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Eiamsa-ard, S., Promvong, P., and Cui, J. (2008). Numerical Study on Heat Transfer of Turbulent Channel Flow over Periodic Grooves. Flow Measurement and Instrumentation. 12(1): 1-7. 10.1016/S0955-5986(00)00033-9.

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Munson, B. R., Young, D. F., and Okiishi, T. H. (2009). Fundamentals of Fluids Mechanics. Wiley. pp. 388-406.
Perry, A., Schofield, W., and Joubert, P. (1969). Rough Wall Turbulent Boundary Layers. Journal of Fluid Mechanics. 37(2): 383-413. doi:10.1017/S0022112069000619.

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Stel, H., Morales, R. E. M., Franco, A. T., Junqueira, S. L. M., Erthal, R. H., and Goncalves, M. A. L. (2010). Numerical and Experimental Analysis of Turbulent Flow in Corrugated Pipes. ASME. Journal of Fluids Engineering. 132(7): 071203. https://doi.org/10.1115/1.4002035.

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Vijiapurapu, S. and Cui, J. (2007). Simulation of Turbulent Flow in A Ribbed Pipe Using Large Eddy Simulation. Numerical Heat Transfer. 51(12): 1137-1165. 10.1080/10407780601112829.

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