다층 저류층에서의 층간유동 및 생산특성 연구동향

남상구,박창협,정승필 한국자원공학회 2013 한국자원공학회지 Vol.50 No.2

This paper presents research reviews for flow behaviors occurred in multi-layered reservoir. According to geological formation and flow regime, the production characteristics are divided into three parts; interlayer cross-flow, commingled, and wellbore cross-flow system. Most heterogeneous reservoirs show interlayer cross-flow communicating fluids between interconnected formations but the conventional production systems have considered commingled-flow. The unaccurate estimation of reservoir pressure could result in wellbore cross-flow within a production tubing after well completion. Recent researches have focused on characterizing the effects of cross-flow with relation to production optimization. The works integrating skin factor with comparison of reservoir properties have been done to detect cross-flow on the surface. Production allocation in multi-layered reservoirs and uncertainty quantification affecting the system design are actively investigated to accomplish production optimization as well as the robust design of petroleum production system. 이 연구에서는 다층 저류층에서 발생하는 유동특성을 구분하고, 각 유동특성에 따른 저류층 분석기술과 연구동향을 살펴보았다. 생산 가능한 저류층의 구조가 점점 복잡해지면서 불균질 다층 저류층의 유동 특성화 구는 복합적인 해석을 요구하고 있다. 다층 저류층은 유동특성에 따라 매질 층간유동(interlayer cross-flow), 합생산(commingled), 시추정 층간유동(wellbore cross-flow) 시스템으로 구분할 수 있다. 대부분의 불균질 다층저류층은 매질 층간유동 시스템의 특징을 갖고 있으나 생산 시스템은 층간유동을 무시한 혼합유동 양상을 가정하는 경우가 많다. 유정완결 시 생산층 압력예측의 부정확성으로 생산정 내에서 층간유동이 발생하기도 한다. 근에는 분석결과의 정확성과 유체의 생산성을 향상시키기 위해 층간유동이 생산특성에 미치는 영향을 분석하는 연구가 주를 이루고 있다. 층별 생산량 할당과 층간유동 예측 모델 구축을 기반한 생산최적화 연구는 층간유동 및 다중 유정 시스템의 효과를 고려한 통합적인 분석과 영향인자의 정량화 연구를 바탕으로 수행 중이다.

물탱크의 형상에 따른 유동 특성에 관한 융합 연구

오범석,조재웅 한국융합학회 2019 한국융합학회논문지 Vol.10 No.6

In this study, the flow characteristics happening inside water tank due to the configuration of various water tank were analyzed by using a computation fluid dynamics program, ANSYS CFX. This study also examined which model was most efficient at the flow by changing the flow conditions of the inlet and outlet due to the configuration of various tank. Same material was applied to models A, B and C. As the result of flow analysis, it was shown that model B had the best flow and model C had the highest pressure applied to the flow. So, though the water tank has the same material according to the configuration of product, the velocity and pressure of flow become different. Therefore, it is thought to develop the tank good for the fluid flow due to the product configuration through this flow analysis result. On the basis of this study result, the esthetic sense can be shown as the analysis data of flow due to the configuration of fluid tank are grafted onto the real life. 본 연구에서는 다양한 물탱크의 형상에 따른 입출구의 유동 조건들에 따른 물탱크 내부에서 발생하는 유동특성을 전산 유체 역학 프로그램인 ANSYS CFX를 이용하여 분석하였다. 또한 다양한 물탱크의 형상에 따른 입, 출구의 유동 조건들에 변화를 주어 어떤 모델이 가장 효율적인지를 알아보았다. 모델 A, B, C에 같은 재질을 적용하였다. 유동 해석 결과로서는 모델 B가 가장 좋은 유동의 속도를 보이고, 모델 C는 유동에 가해지는 압력이 가장 높은 것으로 나타났다. 이로써 물탱크가 제품의 형상에 따라 같은 재질을 가지더라도 그 유동 속도와 압력은 달라졌다. 따라서 본 유동해석 결과를 통하여 제품의 형상에 따라 유동의 흐름에 좋은 탱크를 개발 할 수 있다고 사료된다. 본 연구 결과를 토대로 유체 탱크의 형상에 따른 유동의 해석 데이터를 실생활에 융합하여 그 미적 감각을 나타낼 수 있다.

하이브리드 랩 방식 유압 서보 밸브의 스풀 변위에 따른 유동 천이 영역에 대한 연구

정황훈(Hwang-Hun Jeong),윤소남(So-Nam Yun),이성수(Sung-Soo Lee),양주호(Joo-Ho Yang) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.3

본 논문의 목적은 스풀 랜드(spool land)와 슬리브(sleeve) 사이의 정특성 방정식으로부터 스풀 밸브의 압력 특성과 유동특성을 구하는 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 스풀 랜드와 슬리브 사이의 유동을 환상간극 유동과 오리피스 유동, 그 중간의 천이 영역으로 나누고, 천이 영역의 유량계수를 길이에 따른 두 영역으로 나눈 선형 일차방정식으로 가정하였다. 스풀 밸브의 압력특성방정식을 구하기 위해 스풀의 중립지점에서부터의 변위에 따른 유동을 qa=qa=0의 조건으로부터 구하였으며, 스풀 밸브의 유량특성방정식을 구하기 위하여 스풀의 중립지점에서부터의 변위에 따른 유동을 qb=qb=0pa-pb의 조건으로부터 구하였다. 구해진 수식의 타당성은 수치해석을 통해 실험식 및 기존논문과의 비교를 통해 확인하였다. This study examined the static characteristics of a spool valve with a hybrid lap between the spool land and the sleeve. The static equation for the pressure characteristics was derived from flow equations that depend on the spool displacement, and the final model was derived from qa=qa=0 because the pressure characteristics test needs to block the control port in the valve. The static equation for the flow characteristics was derived from the pressure characteristics when the control port is open (qb=qb=0pa-pb). The characteristic equation in the shifted region was assumed from the proportional relationship between the pressure?flow characteristics and the spool displacement.

수치해석에 의한 플러그 밸브의 유량계수 산출 방법 평가 검증 및 유량특성 평가

김민경(MinKyung Kim),정준환(JunHwan Jung),김성재(SeongJae Kim),이재훈(JaeHoon Lee) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4

일반적으로 밸브 성능 검증을 위해 실험적인 방법을 통해 유량계수(Cv)를 측정하고 있으나, 시험설비의 한계로 인해 시험 가능한 밸브가 제한적이고 다양한 케이스에 대한 시험비용의 증가에 대한 문제도 발생한다. 특히 플러그 밸브의 경우 개폐 정도에 따른 유량계수의 측정이 필요하나 시간적, 비용적 한계로 인해 성능 검증 시험을 수행하기에 많은 어려움이 발생한다. 이에 대한 대안으로 많은 밸브 제조기업에서 수치해석을 활용하여 실험값을 대체하고 개발에 참고하고 있다. 국내 밸브업체의 경우 대부분 국제규격 측면에서 제품을 설계, 생산하고 있으며 내압강도와 기밀시험과 같이 구조적인 문제를 해결하는데 개발의 초점을 두고 있다. 반면, 유동특성과 유량계수의 산출과 같이 시스템 내부의 설계인자를 복합적으로 고려한 성능검증 절차의 경우 구조적 특성에 비해 소극적으로 개발 및 검증하고 있다. 또한, 역설계 제품의 경우 시간적, 비용적 문제로 인해 별도의 실험을 진행하여 검증을 하지 않는 것이 현실이다. 산업용 밸브의 경우 운전 특성과 작동 환경에 따라 유량과 압력 등이 달라지므로 밸브 자체에 대한 특성파악이 개발에 있어 중요한 요소 중 하나이다. 본 연구는 산업적으로 많이 사용되고 있는 플러그밸브에 대한 유량계수를 수치해석의 방법으로 산출하고 Full Open 상태에서의 유량계수 실험값과 결과를 비교하여 수치해석적 방법을 통한 산출방법에 대한 신뢰성을 확보한다. 그 후 밸브의 개폐 정도에 따른 유량계수를 산출하고 유동특성을 분석하고자 한다. In general, the flow coefficient (Cv) is measured through an experimental method to verify the valve performance, but due to the limitations of the test facility, the type of valves that can be tested is limited, and the problem of increasing the test cost for various cases also arises. In the case of a plug valve, it is necessary to measure the flow coefficient according to the degree of opening and closing, but it is difficult to perform a performance verification test due to time and cost limitations. As an alternative to this, many valve manufacturers use numerical analysis to replace experimental values and refer to them for development. Most of the domestic valve companies design and manufacture products in terms of international standards, and their development focuses on solving structural problems such as pressure resistance and leak tests. On the other hand, in the case of a performance verification procedure that complexly considers the design factors inside the system, such as calculation of flow characteristics and flow coefficients, it is passively developed and verified compared to structural characteristics. Also, in the case of reverse engineered products, due to time and cost issues, tests are not conducted and verified. In the case of industrial valves, since the flow rate and pressure vary depending on the operating characteristics, understanding the characteristics of the valve itself is one of the important factors in the development. In this study, the flow coefficient of the plug valve, which is widely used industrially, is calculated by the method of numerical analysis, and the reliability of the calculation method through the numerical analysis method is secured by comparing the experimental value and the result of the flow coefficient in the full open state. After that, the flow coefficient according to the degree of opening and closing of the valve is calculated and the flow characteristics are analyzed.

PIV 기법을 이용한 동정맥루 문합에 대한 유동가시화

전민규(Min-gyu Jeon),김형호(Hyoung-Ho Kim),서상호(Sang-Ho Suh),최영호(Young Ho Choi),이현진(Hyun-Jin Lee),도덕희(Deog-Hee Doh) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.11

신부전 환자의 신장기능을 유지하는 방법의 일환으로서 사용되는 혈액 투석 시 동정맥루 문합각도에 따라서 혈액 유동상태의 양호가 결정된다. 지금까지의 연구는 CFD에 의한 것이 대부분이었으나 실험적 보고는 없다. 본 연구에서는 동정맥루의 혈류역학적 특성을 분석하기 위하여 PIV기법을 이용하였다. PIV실험을 위한 혈관모델의 문합부 각도는 30°로 정하였다. 유체역학적 상사를 만족시키기 위하여 Re수는 같게 하였고, 동맥부분에 밸브를 달아 개폐 정도를 조절하면서 PIV실험을 수행하였다. PIV 실험 결과 분지부 부분에서 재순환유동이 발생되는 것을 볼 수 있었고, 동맥의 개폐 정도에 따라 전체적인 혈류속도의 변화가 나타났다. An arteriovenous fistula is artificially produced using a graft for hemodialysis in patients. In an arteriovenous graft (AVG), the angle of its arterial or venous anastomosis play an important role in producing flows inside blood vessels, through which a stenosis may occur. Most studies thus far have focused on CFD results. In this study, a PIV technique is used to analyze the hemodynamic characteristics at the arterial or venous anastomosis of an AVG having an angle of 30°. For flow dynamic similarity, the Reynolds number is set to be the same for real and simulated flows. A PIV experiment is performed with a control valve in the arterial part. In conclusion, the recirculation flow appeared in the bifurcation area and the total blood velocity changed according to the extent of valve opening.

방사성 동위원소를 이용한 제염제 혼합확산장치의 유동특성분석

오대민(Daemin Oh),강성원(Sungwon Kang),김영석(Youngsug Kim),정성희(Sunghee Jung),문진호(Jinho Moon),박장근(Jangguen Park) 大韓環境工學會 2017 대한환경공학회지 Vol.39 No.5

본 연구의 목적은 방사능 사고로 인한 오염물질 유입으로 인한 영향을 최소화하기 위한 제염제의 혼합확산장치 개발에 앞서 장치 가동으로 인한 혼합 및 확산영향을 예측하는데 있다. 유동특성분석을 위해 사용된 추적자는 방사성 동위원소는 Gy, To이며, 이를 검측하기 위해 2인치 NaI 방사선 검출기를 사용했다. 본 연구에 적용된 제염제 혼합확산장치의 임펠러는 3가지 type으로 제작하였다. 방사혼합형 임펠러는 상향류 흐름을 이용하여 수표면으로 확산이 가능하며, 최적의 조건을 찾기 위해 핀 구조를 조정하였다. 방사능 동위원소를 이용한 제염제 혼합확산장치의 유동특성을 분석한 결과, 모델별 혼합확산과 유동패턴특성을 획득하였다. Model 3 type은 별도의 Fin유도부와 보조 Fin이 구성되어 있어 다른 type의 임펠러보다 확산속도가 크고 완전혼합에 도달하는 시간이 짧게 나타났다. The purpose of this study was predicted the effects of mixing and diffusion due to the operation of the apparatus before the development of the mixed diffusion device for the decontamination absorbent to minimize the influence of contaminant inflow due to radiation accident. The tracer used for the flow characteristics was <SUP>68</SUP> Ga, <SUP>99m</SUP> Tc, which is a radioactive isotope, and 2 inch NaI radiation detector was used to detect it. The impeller of the decontamination mixed diffusion system applied to this study was made into three types and the mixing diffusion effect was compared. As a result of analyzing the flow characteristics of the radio-isotope with decontamination mixed diffusion device, mixing, diffusion and flow pattern were obtained. The radial mixing type impeller was able to diffuse to the water surface by the upflow flow, and the fin structure was adjusted for finding optimal conditions. The model 3 type consists of a fin guiding part and an auxiliary fin so that the diffusion speed is higher than that of other types of impellers. It also showed a short time to reach complete mixing.

특성곡선법을 이용한 디젤엔진 가스유동 1차원 수치해석의 타당성 평가

김경현,공경주 한국수산해양기술학회 2020 수산해양기술연구 Vol.56 No.3

In order to design a diesel engine system and predict its performance, it is necessary to analyze the gas flow of the intake and exhaust system. A gas flow analysis in three-dimensional (3D) format needs a high-resolution workstation and enormous time for analysis. Therefore, the method of characteristics (MOC) was used for a gas flow analysis with a fast calculation time and a low-resolution workstation. An experiment was conducted on a single cylinder diesel engine to measure pressure in cylinder, intake pipe and exhaust pipe. The one-dimensional (1D) gas flow was analyzed under the same conditions as the experiment. The engine speed, valve timing and compression ratio were the same conditions and the intake pressure was inputted as the experimental results. Bent pipe such as an exhaust port that cannot be realized in 1D was omitted. As results of validation, the cylinder pressure showed accuracy, but the exhaust pipe pressure exhibited inaccuracy. This is considered as an error caused by the failure to implement a bent pipe such as an exhaust port. When analyzed in 3D, calculation time required 61 hours more based on a model of this study. In the future, we intend to implement a bent pipe that cannot be realized in 1D using 3D and prepare a method to supplement reliability by using 1D-3D coupling. 디젤엔진 시스템을 설계하고 성능을 예측하기 위해 흡·배기 시스템의 가스유동 해석이 필요하다. 3D로 가스유동해석 한다면 초고사양의 워크스테이션과 많은 계산 시간이 필요하다. 그러므로, 빠른 계산시간과 낮은 사양의 워크스테이션으로 계산을 하기 위해 특성곡선법을 사용하여 가스유동 해석을 하였다. 단기통 디젤엔진을 대상으로 실험을 하였고 실린더 압력과 흡 배기관 압력을 측정하였다. 실험과 동일한 조건으로 1D 가스유동 해석을 하기위해 흡기 압력은 실험 결과를 입력하였다. 1D로 구현하지 못하는 곡관 형상의 배기포트는 생략하여 1D 가스유동 해석을 하였다. 신뢰성 평가를 해본 결과, 실린더 압력은 정확성을 보였지만, 배기관 압력은 정확하지 않았다. 배기관 압력이 정확하지 않은 이유는 곡관 형상의 배기포트를 구현하지 못하여 발생한 오차라 생각한다. 추후 1D로 구현하지 못하는 곡관을 3D로 구현하고 1D-3D 결합을 이용하여 신뢰성을 보완할 방안을 마련하고자 한다.

Girney 플랩과 제트 플랩을 혼용한 유동제어 기법에 관한 수치적 연구

최성윤(Sung-Yoon Choi),권오준(Oh Joon Kwon) 한국항공우주학회 2007 韓國航空宇宙學會誌 Vol.35 No.7

본 연구에서는 NACA 0012 익형 주위의 비교적 높은 레이놀즈수 유동장에 대한 Gurney 플랩과 제트 플랩을 혼용한 유동제어 기법의 유동제어 특성에 대하여 비정렬 격자계를 사용하는 수치적 기법을 이용하여 살펴보았다. 혼합제어 기법의 유동제어 특성을 파악하기 위하여 유동제어에 따른 공력계수 및 모멘트 계수의 변화를 혼합제어 기법을 구성하는 각각의 유동제어 기법들의 결과들과 비교하여 살펴보았다. 혼합제어 기법의 경우 제트 플랩만을 고려한 경우에 비하여 상당히 낮은 무차원 세기의 제트를 이용하여도 유사한 양력 향상 특성을 획득할 수 있었으며, Gurney 플랩만을 이용한 경우에 나타나는 항력의 증가를 완화시켜 주었다. The flow control effect of blending Gurney flap with jet flap for flow around an NACA 0012 airfoil was numerically investigated through parameter variation of each flow control mechanism on unstructured meshes. The aerodynamic force and moment variations due to flow control were examined, and the results were compared between the blending control and each individual flow control. The results showed that the blending control required less energy input to achieve the same level of lift increment than that of the jet flap, and at the same time alleviated drag increment caused by introducing the Gurney flap.

소결로 배기가스 재순환 시스템 내의 유체유동 특성 연구

문찬희(Chanhee Moon),김현동(Hyun Dong Kim),김경천(Kyung Chun Kim) 한국가시화정보학회 2018 한국가시화정보학회지 Vol.16 No.2

The fluid-flow characteristics of flue-gas-recirculation (FGR) system can have a significant effect on system efficiency of a sintering plant. The flow characteristics in the system were investigated. A sintering plant with FGR system was modeled. Numerical visualization was performed and flow characteristics were analyzed. Characteristics of the flow distribution of the branch ducts, the inflow of air into the recirculating hood, and the flow in the hood were discussed. Based on the results three suggestions were proposed: (1) distribution of branch duct flowrate upstream, (2) installation of external air ducts in the hood, and (3) installation of baffles at the hood corners. The suggestions were tested numerical and experimental visualization methods. The suggestions were effective and confirmed to be applicable to the actual sinter plant.

고정밀도 정압 주입시험에 의한 경주 지역 대심도 저투수성 암반 수리특성 연구

배성호(SeongHo Bae),김학수(Hagsoo Kim),김장순(Jangsoon Kim),박의섭(Eui Seob Park),조영욱(Yeonguk Jo),지태구(Taegu Ji),원경식(Kyung-Sik Won) 한국암반공학회 2021 터널과지하공간 Vol.31 No.4

2010년대 이후 고준위 방사성폐기물 심층처분, 지하 CO₂ 저장과 시추공 조사 기반 심지층 특성화를 대상으로 한 연구 및 실용화 프로젝트의 사회적 중요성이 점차 높아지고 있다. 이와 관련하여, 대심도 암반의 수리 특성에 대한 정량적이고 신뢰성있는 정보를 얻을 수 있는 현장 시험 기술의 필요성도 크게 증가하고 있다. 수년간의 연구 개발을 통해 자체 기술력으로 설계, 제작된 핵심 장치들을 기반으로 대심도 시추공 수리특성 조사 시스템(DHTS)을 독자적으로 구축하였다. 이 시스템을 사용하여 경주시 중생대 화강암과 퇴적암 지역에 위치한 심도 1 km 급 시추공 2개소에서 고정밀도 정압 주입시험을 성공적으로 수행하였다. 현장 시험에서 미세 유량 주입/조절 모듈을 사용하여 0.01 l/min 미만의 매우 낮은 유량 측정이 가능하였다. 본 논문에서는 DHTS의 주요 특성을 소개하고 대심도 저투수성 암반 환경 하에서 수행된 고정밀도 시험 결과에 대해 간단히 논의하였다. Since the early 2010s, the social importance of research and practical projects targeting deep geological disposal of high-level nuclear waste, underground CO₂ storage and characterization of deep subsurface by borehole investigation has been increasing. In this regard, there is also a significant increase in the need for in situ test technology to obtain quantitative and reliable information on the hydraulic characteristics of deep rock mass. Through years of research and development, we have independently set up Deep borehole Hydraulic Test System (DHTS) based on the key apparatuses designed and made with our own technology. Using this system, high precision constant pressure injection tests were successfully completed at the two 1 km boreholes located in Mesozoic granite and sedimentary rock regions, Gyeongju. During the field tests, it was possible to measure very low flow rate below 0.01 l/min with micro flow rate injection/control module. In this paper, the major characteristics of DHTS are introduced and also some results obtained from the high precision field tests under the deep and low permeable rock mass environment are briefly discussed.