[논문]선박용 스트레이너의 압력강하 예측에 관한 연구

손인수

doi:10.21289/ksic.2021.24.5.573

선박용 스트레이너의 압력강하 예측에 관한 연구
A Study on the Prediction of Pressure Drop for Ship Strainer 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.24 no.5, 2021년, pp.573 - 579

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, flow analysis was performed on three types of strainers for ships with different flow rates to predict the pressure drop of the strainer due to the filter of strainer. In the case of flow analysis, the flow analysis was performed by applying the porous media method by applying the resistance value derived by Ergun's equation to the filter position. As a result of the analysis, it was found that when the dimensions of the strainer body were small, the influence of the flow rate on the pressure drop was large. In addition, the amount of pressure drop and the flow rate are almost linearly proportional, and an analysis formula that can predict the amount of pressure drop was derived. In order to predict the amount of pressure drop of the strainer when blockage exist in the strainer filter, the analysis was performed by introducing the resistance ratio to derive the prediction equation. Using this equation, it is thought that it will be possible to predict the performance of the strainer due to blockage in the future strainer design and field application.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1 2D modeling for three types of strainers
그림 Fig. 2 Fluid area modeling of strainer
그림 Fig. 3 FE modeling for analysis(Q250)
표 Table 1. Strainer models for analysis
그림 Fig. 4 Pressure and velocity distribution of staraier (Q250)
그림 Fig. 5 Pressure and velocity distribution of staraier (Q500)
표 Table 2. Mesh information for strainers
그림 Fig. 6 Pressure and velocity distribution of staraier (Q750)
그림 Fig. 7 Prediction equation of pressure drop according to flow rate
표 Table 3. Analysis results for strainer
그림 Fig. 8 Pressure distribute according to the resistance ratio(Q 750)
그림 Fig. 9 Velocity distribute according to the resistance ratio (Q 750)
표 Table 4. Resistance from result of Ergun’s equation
그림 Fig. 10 Prediction equation of pressure drop according to resistance ratio
표 Table 5. Pressure drop according to resistance ratio

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 유량이 서로 다른 3종류의 선박용 스트레이너에 대하여 유동해석을 수행하여 스트레이너 내부 필터가 존재하는 경우 유량에 따른 스트레이너의 압력 강하량을 예측하고자 하였다.

제안 방법

스트레이너 내부 필터에 불순물이 존재하는 경우 스트레이너의 압력 강하량을 예측하기 위하여 저항비를 도입하여 해석을 수행하고 예측 식을 제시하였다. 제시된 예측 식을 이용하여 향후 스트레이너 설계 및 현장 적용에 있어 불순물에 의한 스트레이너 성능 감소 등을 파악할 수 있을 것이라고 판단된다.
유동해석에 있어 내부 필터의 경우 필터 위치에는 Ergun 식으로 도출한 저항값을 적용하여 다공성 매질 기능으로 유동해석을 수행하였다. 해석 결과 스트레이너 바디의 치수가 작은 경우 압력 강하량에 미치는 유량의 영향이 크다는 것을 알 수 있었다.

대상 데이터

유동해석은 Fig. 1 및 Table 1과 같이 유량 및 치수가 서로 다른 3 종류의 스트레이너에 대하여 해석을 수행하였으며, Fig. 2는 스트레이너의 유체영역 모델링과 유체의 입출구 및 해 석결과를 도시하기 위한 스트레이너의 단면을 표현한 것이다.

데이터처리

Fig. 7은 각 스트레이너 치수에 대하여 유량에 따른 압력 강하량을 나타낸 것으로 유동해석 결과를 이용하여 유량에 따른 압력 강하량을 예측할 수 있는 해석 식을 선형 회귀분석을 통하여 도출하였다. 모든 스트레이너에 대하여 유량이 증가할수록 스트레이너의 압력 강하량은 선형적으로 증가하는 경향을 보인다.

이론/모형

1 MPa의 압력조건을 동일하게 적용하였다. 내부 필터의 경우 그 위치에는 다공성 매질기능으로 다음 식 (1), (2)로 표현되는 Ergun 식으로 도출한 저항값을 적용하여 유동해석을 수행하였다.
이 장에서는 유한요소해석 상용프로그램인 Ansys WB(2019)를 이용하여 Fig. 1에 보인 산업용 스트레이너의 유동해석을 수행하기 위한 조건을 설명하고자 한다.

성능/효과

해석 결과 스트레이너 바디의 치수가 작은 경우 압력 강하량에 미치는 유량의 영향이 크다는 것을 알 수 있었다. 또 압력 강하량과 유량은 거의 선형적으로 비례하며, 압력 강하량을 예측할 수 있는 해석 식을 도출하였다.
유동해석에 있어 내부 필터의 경우 필터 위치에는 Ergun 식으로 도출한 저항값을 적용하여 다공성 매질 기능으로 유동해석을 수행하였다. 해석 결과 스트레이너 바디의 치수가 작은 경우 압력 강하량에 미치는 유량의 영향이 크다는 것을 알 수 있었다. 또 압력 강하량과 유량은 거의 선형적으로 비례하며, 압력 강하량을 예측할 수 있는 해석 식을 도출하였다.

후속연구

스트레이너 내부 필터에 불순물이 존재하는 경우 스트레이너의 압력 강하량을 예측하기 위하여 저항비를 도입하여 해석을 수행하고 예측 식을 제시하였다. 제시된 예측 식을 이용하여 향후 스트레이너 설계 및 현장 적용에 있어 불순물에 의한 스트레이너 성능 감소 등을 파악할 수 있을 것이라고 판단된다.
향후 해석을 통하여 얻은 예측 식의 신뢰성을 확보하기 위하여 시험을 수행하고 그 결과를 비교할 예정이다.

참고문헌 (5)

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