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제안 방법
- 4는 구조해석에 필요한 하중조건 및 경계조건을 나타낸 것이다. 디스크 시트의 우측은 공압 30 bar에 해당하는 3 MPa을 적용하였고, 좌측은 개도길이에 따른 스프링의 탄성력을 적용하였다. 또한 디스크 시트와 중심축은 유동해석의 상호작용에서 적용된 유체의 압력이 적용되었다.
- 밸브의 모델링은 상용프로그램과 3D 스캐너(scanner)를 이용하여 Fig. 1과 같은 각각 4가지 모델을 제작하였다.
- 본 논문에서는 3/2-Way 밸브의 디스크 시트 개도길이(opening length)에 따른 유동-구조 연성해석(fluid structure interaction)기법을 이용하여 밸브 주요 구성품의 강도를 평가하였다.
- 본 논문에서는 유동-구조 연성해석기법을 이용하여 선박의 엔진에 공기를 공급하는 고압용 3/2 way 밸브에 대한 안전성 평가를 실시하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 유동 해석을 통한 결과 값을 이용하여 디스크 시트가 3 mm 개도되었을 때의 3/2-Way 밸브 구성품의 구조 안전성 평가를 실시하였다.
- 유동해석에 사용 된 경계조건(boundary condition)은 입구조건에 질량유량(mass flow) 13620 N to l / m 을 설정하였으며, 출구조건은 대기압으로 설정하였다. 유동장을 해석하기 위한 난류모델은 SST(shear-stress transport) 모델을 적용하였다.
- 정확한 유동해석을 위해서 기존의 3D 밸브모델의 유체가 유입되는 입구에서 직경의 8배, 출구로부터 20배 도출시킨 영역을 포함하여 Fig. 2와 같은 유동영역을 모델링하였다.
대상 데이터
- 격자계의 구성은 형상의 제한 없이 비교적 쉽게 우수한 격자를 생성할 수 있는 사면체(tetrahedral) 격자로 생성하였다.
- 밸브를 구성하는 단품의 재료는 전체적으로 Al6061이 사용되었고, 디스크 시트의 중심축은 SS400이 사용되었다.
- 본 연구에 사용된 밸브는 선박엔진용 3/2 Way 파일롯(pilot)식 방향제어밸브로써, 선박의 메인엔진을 시동(starting)시키기 위해 시동신호(starting signal)을 받으면 입력단에 대기하고 있던 30 bar의 공기를 시동 공기 분배기(starting air distributor)로 공급하여 메인엔진을 동작시키는 중요한 역할을 한다.
이론/모형
- 본 연구대상인 밸브의 유동-구조연성해석은 Ansys 12.1의 CFX와 Static-Structural의 상호작용을 이용한 단방향 FSI (Fluid-Structure Interaction) 기법을 이용하였다.
- 유동해석에 사용 된 경계조건(boundary condition)은 입구조건에 질량유량(mass flow) 13620 N to l / m 을 설정하였으며, 출구조건은 대기압으로 설정하였다. 유동장을 해석하기 위한 난류모델은 SST(shear-stress transport) 모델을 적용하였다.
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