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문제 정의
- 그리고 그 결과를 현장에서 사용하고 있는 JWWA 규격과 비교해 보았다. 밸브를 설계하기에 앞서 사용하고자하는 밸브의 Type과 밸브의 열림 각도의 변화에 대한 Cv치를 보다 정확히 예측하여 실제 밸브를 설계에 적용하고자 한다.
제안 방법
- 현장에서 모든 밸브에 동일하게 사용하고 있는 JWWA 규격의 유량 계수(Cv) 계산식을 이용하여 유량 계수(Cv)를 계산한 결과와 Buttrfy Val.,e 200A 의 Concentric Type과 Double Eccentric Tym을 유동 해석을 통하여 유량계수(Cv)를 구한 경우를 비교해보았다. 그 결과 밸브의 Typm에 따라 유량 계수의 값이 달라지므로 모든 밸브에 동일하게 유량 계수(Cv)의 식을 적용하는 것은 무리가 있고, 밸브의 Typm에 따라 달리 적용해야 한다.
- 위하여 Butterfly Val.,e 200A의 Concentric Type과 Double Eccentric Type에 대하여 밸브의 열림 각도를 7단계로 나누어 유동해석을 실시하여 Cv치를 계산하였다. 그리고 그 결과를 현재 밸브 제조업체에서 사용 중인 JWWA 규격의 Cv치 계산 결과와 비교해 본 결과는 다음과 같다.
- Butterfly Val.,e 200A의 Concentric Type과 Double Eccentric Ty快에 대하여 각각 밸브의 열림 각도 15°, 30°, 45°, 60°, 70°, 80°, 90°의 7단계에 대하여 유동 해석을 수행하여 밸브의 열림 각도에 대한 압력 분포와 속도 분포를 구하였다(4)
- 그리고 식 (1)을 이용하여 Butterfly Val.,e 200A의 JWWA 규격에 의한 Cv치를 계산하여 비교해 보았다.
- 밸브에 관한 많은 연구들 중에는 유량 계수, Torque 계수, 압력속실 계수 등 밸브의 성능과 크기를 결정하는 변수들에 대해서 많이 이루어지고 있다(2-3) Kazuhiko Ogawa, Takeyoshi lamurap(1)는 Butterfly Val.,e의 Tongue 특성 예측에 대한 연구를 수행하였다. 특히 밸브를 열 때 발생하는 압력 손실과 관련이 있는 유량 계수(Cv)는 밸브의 크기와 배관 조직을 결정하는데 중요한 요소이다.
- 밸브의 형태에 따른 변화를 알아보기 위해 Disc, Stem의 중심축이 Body의 중심과 일치하는 Concentric Type과 Disc, Stem의 중심축이 편심이 되어있는 Double Eccentric g에 대하여 평가하였다 밸브의 열림 각도에 대한 Cv치 변화를 알아보기 위하여 밸브가 완전히 닫힌 0°에서 90°까지를 15°, 30°, 45°, 60°, 70°, 80°, 90°의 7단계로 나누어 Cv치를 살펴보았다. Cv치 계산을 위해 사용한 두 가지 Type의 밸브는 직경이 200mm로 도일한 밸브를 사용하였고, 사용 환경 역시 동일하게 적용하여 Cv치 변화를 살펴보았다. 그리고 그 결과를 현장에서 사용하고 있는 JWWA 규격과 비교해 보았다.
- 비압축성 유체인 상온의 물을 사용하였으며, 밸브의 일반적인 사용 유속인 3nj/s를 입구조건으로 하였고 출구는 대기압으로 설정하였다. Disc, Body, Stem 그리고 배관에서는 마찰을 고려한 배관 벽 경계조건을 적용하여 모든 속도 성분을 Zero로 두었다. 또 배관 내에서의 Reynolds수가 4000을 넘는 난류 유동을 하므로 난류 유동에 대한 k-e모델의 적용과 난류 옵션을 설정하여 유동 해석을 수행하였다.
- ,e에 작용하는 압력차를. 구하기 위하여 유동 해석 프로그램인 CFX 를 이용하여 Concentric Type 과 Double Eccentric g에 대하여 각각 밸브의 열림 각도 15°, 30°, 45°, 60°, 70°, 80°, 90°의 7단계에 대하여 유동 해석을 수행하였다. 내부 유체는 비점성 .
- 7은 위의 두 가지 경우를 JWWA. 규격과 비교하여 나타내었다. 그 결과 JWWA 규격의 계산식을 이용하여 Cv치를계산 경우와 유동 해석을 통하여 계산해 본 Butterfly Val.
- Cv치 계산을 위해 사용한 두 가지 Type의 밸브는 직경이 200mm로 도일한 밸브를 사용하였고, 사용 환경 역시 동일하게 적용하여 Cv치 변화를 살펴보았다. 그리고 그 결과를 현장에서 사용하고 있는 JWWA 규격과 비교해 보았다. 밸브를 설계하기에 앞서 사용하고자하는 밸브의 Type과 밸브의 열림 각도의 변화에 대한 Cv치를 보다 정확히 예측하여 실제 밸브를 설계에 적용하고자 한다.
- 또 배관 내에서의 Reynolds수가 4000을 넘는 난류 유동을 하므로 난류 유동에 대한 k-e모델의 적용과 난류 옵션을 설정하여 유동 해석을 수행하였다. 난류 유동에 대한 마찰 계수는 Reynolds수와 상대조도에 의존하나 해석에서는 실제로 설치될 밸브와 연결되는 모든 관에 대하여 고려할 수 없기 때문에 매끈한 관이라고 설정하고 해석을 수행하였다. 그리고 실제 밸브와 비슷한 3차원의 모델을 수행하여 더욱 정확한 값을 얻을 수 있었다.
- Disc, Body, Stem 그리고 배관에서는 마찰을 고려한 배관 벽 경계조건을 적용하여 모든 속도 성분을 Zero로 두었다. 또 배관 내에서의 Reynolds수가 4000을 넘는 난류 유동을 하므로 난류 유동에 대한 k-e모델의 적용과 난류 옵션을 설정하여 유동 해석을 수행하였다. 난류 유동에 대한 마찰 계수는 Reynolds수와 상대조도에 의존하나 해석에서는 실제로 설치될 밸브와 연결되는 모든 관에 대하여 고려할 수 없기 때문에 매끈한 관이라고 설정하고 해석을 수행하였다.
- ,e를 이용하여 살펴보았다. 밸브의 형태에 따른 변화를 알아보기 위해 Disc, Stem의 중심축이 Body의 중심과 일치하는 Concentric Type과 Disc, Stem의 중심축이 편심이 되어있는 Double Eccentric g에 대하여 평가하였다 밸브의 열림 각도에 대한 Cv치 변화를 알아보기 위하여 밸브가 완전히 닫힌 0°에서 90°까지를 15°, 30°, 45°, 60°, 70°, 80°, 90°의 7단계로 나누어 Cv치를 살펴보았다. Cv치 계산을 위해 사용한 두 가지 Type의 밸브는 직경이 200mm로 도일한 밸브를 사용하였고, 사용 환경 역시 동일하게 적용하여 Cv치 변화를 살펴보았다.
- 작용 유체는 상온의 물을 사용하고, 입구조건은 3Ws의 동일한 유속을 주고, 출구조건은 대기압이 주어 해석을 수행하였다.
대상 데이터
- 내부 유체는 비점성 . 비압축성 유체인 상온의 물을 사용하였으며, 밸브의 일반적인 사용 유속인 3nj/s를 입구조건으로 하였고 출구는 대기압으로 설정하였다. Disc, Body, Stem 그리고 배관에서는 마찰을 고려한 배관 벽 경계조건을 적용하여 모든 속도 성분을 Zero로 두었다.
성능/효과
- 6에 나타낸 Butterfly Val.,e 200A의 Double Eccentric Type에 대한 Cv치 계산결과는 밸브의 열림 각도 60° 부터는 증가폭이 감소하고, Cv치가 일정해지는 경향이 나타났다. 이때 Cv치의 최대값은 밸브의 열림 각도 80。에서 발생하였다.
- 1. 밸브의 크기와 배관 조직을 예측할 수 있는 유량 계수(Cv)는 밸브의 크기가 같고, 사용 환경이 동일하더라도 밸브의 所에따라 영향을 받는다.
- 상용프로그램인 ANSYS CFX 10.0을 이용하여 밸브와 배관 내에서 이루어지는 복잡한 유동 현상을 나타내었고, 유동 특성들에 대한 예측의 정확성을 확인하였다. 유동 해석을 통해 얻은 압력 분포에서 입구쪽 압력은 밸브에서 밸브 직경의 2배만큼 떨어진 위치에서 측정하였고, 출구쪽 압력은 밸브에서 밸브 직경의 6배만큼 떨어진 위치에서 측정하여 그 차(△»)를 얻었다.
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