[논문]유동-구조 연성해석 기법을 이용한 초대형 버터플라이 밸브의 구조 안전성 평가

이성민; 박영철; 조영직

[국내논문] 유동-구조 연성해석 기법을 이용한 초대형 버터플라이 밸브의 구조 안전성 평가
The Structural Safety Evaluation for Butterfly Valve of Extra-large Type using Fluid-Structure Interaction Techniques 원문보기

이성민 (동아대학교대학원기계공학과) , 박영철 (동아대학교기계공학과) , 조영직 (동아대학교대학원기계공학과)

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문제 정의

본 논문에서는 이러한 기술적인 문제점을 해결하기 위해서 Computer Simulation을 이용하여 유동 특성을 알고, 유동해석에 의한 동적인 결과 값을 구조 해석에 적용하여 FSI 기법을 이용한 초대형 Butterfly Valve의 구조 안전성 평가를 실시하였다.

제안 방법

CFD 해석을 통한 유동해석 결과 값을 이용하여 초대형 Butterfly Valve의 구조 안전성 평가를 실시하였다.
본 논문에서는 유동-구조 연성해석(FSI)에 대해 수치해석적 기법을 이용하여 초대형 Butterfly Valve의 구조 안전성 평가를 실시하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
(1) 유동-구조 연성해석(FSI) 메커니즘에 대하여 라그랑지 상수(Lagrange Multipliers)를 이용하여 수식적인 방정식을 제시하였다.
(2) 범용 FE 프로그램을 이용하여 FSI 기법이 사용된 해석을 수행하여 초대형 Butterfly Valve에 대한 구조 안정성 평가를 실시하였다.

이론/모형

내부 유체는 비압축성 유체인 25°C 상온의 물을 사용하였으며, 유동장은 레이놀드수가 4000을 넘는 난류거동을 하므로 난류유동 모델인 k- ε 모델을 이용하여 계산하였다.
초대형 Butterfly Valve의 유동해석을 수행하기 위해 범용 CFD 프로그램인 CFX 11.0을 이용하였으며, 사용요소는 사면체요소와 프리즘(prism)요소를 사용하였다.

성능/효과

위의 유동해석 결과를 바탕으로 초대형 Butterfly Valve가 15° 열렸을 때의 유동특성을 알 수 있다.
(3) 연성해석 결과 안전성 확보에 필요한 밸브에 각 부품의 안전율이 2.0에 상응하므로, 초대형 Butterfly Valve의 구조 안전성이 확보되었다.

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