In general, the function of intake structure, whether it be a open channel, a fully wetted tunnel, a sump or a tank, is to supply an evenly distributed flow to a pump station. An even distribution of flow, characterized by strong local flow, can result in formation of surface or submerged vortices, ...
In general, the function of intake structure, whether it be a open channel, a fully wetted tunnel, a sump or a tank, is to supply an evenly distributed flow to a pump station. An even distribution of flow, characterized by strong local flow, can result in formation of surface or submerged vortices, and with certain low values of submergence, may introduce air into pump, causing a reduction of capacity and efficiency, an increase in vibration and additional noise. Uneven flow distribution can also increase or decrease the power consumption with a change in total developed head. To avoid these sump problems pump station designers are considered intake structure dimensions, such as approaching upstream, baffle size, sump width, width of pump cell and so on. From this background, flow characteristics of intake within sump are Investigated numerically to obtain the optimal sump design data. The sump model is designed in accordance with HI code.
In general, the function of intake structure, whether it be a open channel, a fully wetted tunnel, a sump or a tank, is to supply an evenly distributed flow to a pump station. An even distribution of flow, characterized by strong local flow, can result in formation of surface or submerged vortices, and with certain low values of submergence, may introduce air into pump, causing a reduction of capacity and efficiency, an increase in vibration and additional noise. Uneven flow distribution can also increase or decrease the power consumption with a change in total developed head. To avoid these sump problems pump station designers are considered intake structure dimensions, such as approaching upstream, baffle size, sump width, width of pump cell and so on. From this background, flow characteristics of intake within sump are Investigated numerically to obtain the optimal sump design data. The sump model is designed in accordance with HI code.
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문제 정의
본 논문에서는 펌프장내 흡입수조의 설계를 최적화하기 위한 자료를 구축하기 위하여 흡입관의 거리에 따른 자유표면, 옆벽, 그리고 뒷벽부근에 발생하는 유동패턴을 해석하고, HI규격에서 제시한 보텍스의 종류를 조사하여, 보텍스의 생성을 제거할 수 있는 섬프형상을 제시하고자 하였다. 본 연구에서는 펌프장에서 섬프내 흡입구 주위의 유동해석을 수치해석적인 방법으로 수행 하였다.
본 논문에서는 펌프장내 흡입수조의 설계를 최적화하기 위한 자료를 구축하기 위하여 흡입관의 거리에 따른 자유표면, 옆벽, 그리고 뒷벽부근에 발생하는 유동패턴을 해석하고, HI규격에서 제시한 보텍스의 종류를 조사하여, 보텍스의 생성을 제거할 수 있는 섬프형상을 제시하고자 하였다. 본 연구에서는 펌프장에서 섬프내 흡입구 주위의 유동해석을 수치해석적인 방법으로 수행 하였다.
첫번째는 자유 표면(free surface)이고, 두번째는 벽면에서 조밀한 격자를 보장하여 주어야만 하고 마지막으로 비정상 유동을 고려하여야만 한다. 따라서 본 연구에서는 이러한 고려사항을 충분히 고려하여 주기 위하여 Fig. 6과 같이 유동장의 흡입수면을 τω = 0 으로 처리하여 줌으로써 자.유표면 현상을 고려하여 주었다.
제안 방법
펌프장내 흡입수조내 유동장을 살펴보기 위하여 Fig. 7과 같이 임의의 자유표면에서 입자가 어느 방향으로 빨려 들어가는지를 검토하였다. Fig.
펌프장의 sump내 유동특성을 구하기 위하여 자유표면을 고려하여 수치해석하였다. 기초연구로서 많은 인자들을 고려하지는 않았지만, 흡입관을 중심으로 자유표면에서 유동이 생성되어 바닥과 양 측벽, 그리고 뒷면에서부터 보텍스가 생성되고 있음을 알 수 있다.
이론/모형
따라서 본 연구에서는 식 (1)과 (2)를 이용하여 펌프장내 흡입수조의 속도분포와 압력분포를 수치계산하였다. 흡입 수조내의 유동장을 계산하기 위한 수치적인 방법에서 대류항처리는 HYBRID 도식을 사용하였다. 운동량방정식의 압력항의 이 산화는 SWLE-C 알고리즘을 적용하여 압력과 속도의 상관관계를 고려한 연속방정식의 이산화방정식으로부터 구하였다.
흡입 수조내의 유동장을 계산하기 위한 수치적인 방법에서 대류항처리는 HYBRID 도식을 사용하였다. 운동량방정식의 압력항의 이 산화는 SWLE-C 알고리즘을 적용하여 압력과 속도의 상관관계를 고려한 연속방정식의 이산화방정식으로부터 구하였다. 난류모델은 표준 k-ε모델을 적용하였다.
운동량방정식의 압력항의 이 산화는 SWLE-C 알고리즘을 적용하여 압력과 속도의 상관관계를 고려한 연속방정식의 이산화방정식으로부터 구하였다. 난류모델은 표준 k-ε모델을 적용하였다.
성능/효과
9의 결과는 보텍스가 생성된 지점에서의 vortex line을 나타내고 있다. Fig. 8과 Fig. 9에서 볼 수 있듯이 입자가 자유표면 밑으로 빨리면서 흡입수조로 들어가고 있음을 알 수 있고, 이러한 결과로부터 보텍스의 경향이 매우 잘 일치하고 있음을 알 수 있었다.
이러한 유동장은 선행연구자의 연구와 유사한 결과를 나타냄을 알 수 있었다. 따라서, 수치해석의 방법을 통하여 펌프장내 Sump에서 발생되는 보텍스의 생성을 충분히 설명할 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
이러한 결과를 정밀하게 파악하기 위하여는 추후 Fr수의 변화에 따른 보텍스의 변화를 좀 더 세밀하게 검토할 필요가 있다고 판단된다.
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