수력발전소 인입관로의 차압측정을 통한 유량산정에 대한 실증 연구

한병주,고성호 대한기계학회 2022 大韓機械學會論文集B Vol.46 No.12

To date, the discharge flow rate required to manage the efficiency of hydraulic turbine generators cannot be continuously measured. Therefore, the flow rate is inferred from the turbine performance curve presented by the manufacturer at the time of completion in most power plants. In this study, the real-time continuous estimation method of flow rate using differential pressure measurement in the inlet pipeline was tested, and discharge flow rate assessment was applied to the actual hydraulic power plant. To verify the error rate of this method, comparative flow rate measurement tests were performed using the pressure-time method listed in IEC 60041 and turbine performance curve. The difference between the flow rate calculated using differential pressure measurement and that measured by the pressure-time method was 0.16% on average, and the difference with the water turbine performance curve flow rate was 1.89% on average, confirming that it was calculated within the standard error rate range. 현재까지는 수차발전기의 효율관리를 위해 필요한 발전유량을 연속적으로 측정할 방법이 없어, 대부분의 수력발전소에서 준공 당시 제작사가 제시한 수차발전기 성능곡선으로 유량을 유추하고 있다. 본 연구에서는 인입관로의 차압을 측정하여 실시간 연속적으로 유량을 산정하는 방법을 실제 수력발전소에 적용하여 발전유량 측정시험을 실시하였다. 유량산정법 측정결과의 오차율 확인을 위해 IEC 60041에 등재되어 있는 압력시간법의 측정유량과 수차발전기 성능곡선으로부터 유추된 유량을 상호 비교하였다. 차압측정을 통해 산정된 유량과 압력시간법으로 측정된 유량과의 차이는 평균 0.16%, 수차발전기 성능곡선 유량과의 차이는 평균 1.89%로서 기준오차율 범위 이내로 산정되었음을 확인하였다.

바나듐레독스흐름전지 전해질 유량에 따른 성능변화

이건주,김선회 한국수소및신에너지학회 2015 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.26 No.4

The electrolyte flow rates of vanadium redox flow battery play very important role in terms of ion transfer to electrolyte, kinetics and pump efficiency in system. In this paper a vanadium redox flow battery single cell was tested to suggest the optimization criteria of electrolyte flow rates on the efficiencies. The compared electrolyte circulation flow rates in this experimental work were 15, 30 and 45 mL/min. The charge/discharge characteristics of the flow rate of 30 mL/min was the best out of all flow rates in terms of charging and discharging time. The current efficiencies, voltage efficiencies and energy efficiencies at the flow rate of 30 mL/min were the best. The IR losses obtained at thd current density of 40 mA/cm 2 , at the flow rates of 15, 30 and 45 mL/min were 0.085 V, 0.042 V and 0.115 V, respectively. The charge efficiencies at the current density of 40 mA/cm 2 were 96.42%, 96.45% and 96.29% for the electrolyte flow rates of 15, 30 and 45 mL/min, respectively. The voltge efficiencies at the current density of 40 mA/cm 2 were 77.34%, 80.62% and 76.10% for the electrolyte flow rates of 15, 30 and 45 mL/min, respectively. Finally, the energy efficiencies at the current density of 40 mA/cm 2 were 74.57%, 77.76% and 73.27% for the electrolyte flow rates of 15, 30 and 45 mL/min, respectively.The optimum flow rates of electrolytes were 20 mL/min in most of operating variables of vanadium redox flow battery.

공간모의유량을 이용한 갈수량 거동 특성에 관한 연구

김남원(Kim Nam Won),이병주(Lee Byong Ju),이정은(Lee Jeong Eun) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 B Vol.27 No.4B

국내 중소하천의 경우 갈수기 관측유량의 부재로 인해 관측유량을 이용한 갈수량 분석은 상당히 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 준 분포형 강우-유출 모형인 SWAT을 이용하여 공간 모의유량을 생성하고 이를 이용하여 갈수량 산정 및 갈수량의 공간적 거동특성을 분석하고자 하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 SWAT 모형을 충주댐 유역에 구축하여 충주댐 지점과 상류 수위관측소 지점에 대해 모의된 일유량과 유황을 관측치와 비교하였으며 모의결과의 정확성을 검증하였다. 평균 갈수량의 비유량을 분석한 결과 면적이 증가함에 따라 비유량이 대체로 증가하는 것으로 나타났으며 각 소유역의 경사 및 포화수리전도도와 연계하여 특성을 분석하였다. 또한 기존연구와의 비교를 통해 관측유량을 이용할 경우 갈수량이 과대 산정될 수 있음을 확인하였다. 이 방법은 미계측 지점의 갈수량 산정시 과거 면적 비유량법으로부터 산정한 갈수량에 비해 합리적인 결과를 제시할 뿐만 아니라 갈수량의 특성을 물리적으로 평가할 수 있을 것으로 판단된다. The drought flow analysis for small and medium sized river is very difficult because of the scarcity of drought flow observation data. This study concerns the generation of areal simulated flow from SWAT-the semi distributed hydrologic model, the estimation of drought flow and the analysis of its areal characteristics. The SWAT model is set up for the Chungju Dam basin and is verified by comparing the observation-simulation daily flow of Dam site with upper stream station. The specific flow rate of mean drought flow is increased with the area, which is identified from the slope of each subbasin and the areal characteristics of saturated hydraulic conductivity. It is also proved that the drought flow can be overestimated using observed flow data by comparing with previous results. This method can represent more reasonable drought flow than thereby areal-specific flow rate method. The physical characteristics of drought flow also can be evaluated by these results.

압력에 따른 평행박막 밸브의 자율 변형을 이용한 수동형 유량 제어기의 동적특성 평가

도일(Il Doh),조영호(Young-Ho Cho) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集B Vol.35 No.8

본 연구에서는, 미소유체시스템 상에서 정밀한 유체 제어를 위해 입력압력이 변하여도 일정한 유량을 유지할 수 있는 수동형 유량제어기를 개발함에 있어, 주기적으로 변화하는 압력에 대한 유량제어기의 동적특성을 평가하였다. 압력 변화의 주기보다 짧은 시간 내에 유량을 측정하기 위하여 입자영상속도계(Particle Image Velocimetry, PIV) 방법을 이용하였다. 지름이 0.7μm 인 형광입자가 담긴 탈이온수를 유량제어기에 공급하고, 펄스레이저와 형광현미경을 이용하여 10μs 간격의 연속된 사진을 얻고 이를 분석하여 유량제어기를 통과한 후의 유체의 속도를 측정하였다. 개발된 유량제어기는 20kPa과 50kPa사이를 주기적으로 변화하는 60Hz 의 압력 하에서 0.194±0.014m/s 의 일정한 유속을 유지함을 실험적으로 확인하였다. 압력의 주파수를 1~60Hz까지 변화시켜가며 수행한 실험에서도 유량제어기는 압력의 주파수에 상관없이 5.82±0.29μl/s 의 일정한 유량 공급이 가능함을 확인하였다. We performed a dynamic characterization of passive flow-rate regulators, which compensate for inlet pressure variation and maintain a constant flow rate for precise liquid control in microfluidic systems. To measure the flow rate for a short time, much less than the period of the dynamic inlet pressure, we use the particle image velocimetry (PIV) method. DI water containing fluorescent beads with a 0.7-μm diameter was supplied to the flow-rate regulators, and two successive images of the particles were taken by a pulse laser and a fluorescent microscope to measure the flow velocity. For a dynamic inlet pressure of frequency 60 Hz, the flow velocity was constant with an average of 0.194 ± 0.014 m/s as the inlet pressure varied between 20 kPa to 50 kPa. The flow-rate regulators provided a constant flow rate of 5.82±0.29 μl/s in the frequency range of the inlet pressure from 1 Hz to 60 Hz.

배관내 압력변동 신호를 이용한 유량 추정 방법 연구

이정한,장대식,박진호 한국압력기기공학회 2023 한국압력기기공학회 논문집 Vol.19 No.2

In nuclear power plants, the flow rate information is a major indicator of the performance of rotating equipment such as pumps, and is a very important one required for facility operation and maintenance. To measure a flow rate, various types of methods have been developed and used. Among them, the differential pressure type using orifice and the direct doppler type using ultrasonic waves are the most commonly used. However, these flow rate measurement methods have limitations in installation, conditions and status of the measuring part, etc. To solve this problem, we have studied a new technique for measuring flow rate from scratch. In this paper, we have devised a technique to estimate the flow rate using an average moving velocity of large-scale eddy in turbulence that occurs in the piping flow field. The velocity of the large-scale eddy can be measured using the pressure fluctuation signals on the inner surface of the pipe. To estimate the flow rate, at first a cross-correlation function is applied to the two pressure fluctuation signals located at different positions in the down stream for calculating the time delay between the moving eddies. In order to validate the proposed flow rate estimation method, CFD analyses for the internal turbulence flow in pipe are conducted with a fixed flow condition, where the pressure fluctuation signals on the pipe inner surface are simulated. And then the average flow velocity of the large scale eddy is to be estimated. The estimated flow velocity is turned out to be similar to the fixed (known) flow rate.

CFD 모사 기법을 이용한 유입 유량에 의한 연속 완전혼화 반응조 수리거동 고찰에 관한 연구

이영주(Young Joo Lee),오정익(Jeong Ik Oh),윤석민(Suk Min Yoon),김종오(Jong Oh Kim),박노석(No Suk Park) 大韓環境工學會 2016 대한환경공학회지 Vol.38 No.1

본 연구에서는 수처리 공정에 적용하고 있는 CSTR 반응조를 대상으로 유입 유량이 다양하게 변동하는 경우 반응조내부 수리 거동을 조사하고자 하였다. 유입 유량의 변동은 설계 유량 대비 10~100%까지 변화시켰으며, 각 경우를 CFD 기법을 이용하여 transient 상태의 추적자 실험을 모의하였으며, 모사 결과로부터 2차 정보를 추출하여 수리 거동 지표를 계산하여 유입 유량과 수리거동의 관계를 면밀히 조사하였다. 그 결과, 유입 유량이 증가할수록 Modal index와 β값이 증가하는 거동을 보였으며 Morrill index는 유입 유량과의 관계에서 국부적인 극소값을 가지는 유입 유량이 두 곳 나타났는데 각각 설계유량의 20%되는 지점과 40%가 되는 지점이었다. 두 극소값이 나타나는 유입 유량보다 유량이 증가하면 다시 Morrill index가 증가하는 현상을 보여 이상적인 CSTR 반응조에 근접하는 것으로 나타났다. This paper describes three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulation of liquid-liquid flow and transient tracer tests in a full-scale continuous stirred-tank reactor (CSTR) used for drinking water treatment. To evaluate the effects of inlet flow rate on hydrodynamic behavior in the selected CSTR, inlet flow rate was changed from 10% to 100% of the design flow rate. From the results of CFD simulation and analysis, as the inlet flow rate increases, Modal index and value are increased. Also, Morrill index shows local minimal points in relation to the inlet flow rate, which are observed at 20% and 40% of the design flow. As inlet flow Increases more than 40%, it is shown that Morrill index re-increases to close to ideal CSTR.

유량증분방법론에 의한 생태유량 산정 모형의 비교연구

장경호,박영기,김경오,정만 한국환경기술학회 2017 한국환경기술학회지 Vol.18 No.6

This study was analyzed the ecological flow rate based on physical characteristics of fish habitat. Habitat model is composed of Habitat Suitabilitye Index(HSI) and model of hydraulics. In this process, the CASiMiR model used for computing the habitat suitability Index under Fuzzy-techniques, and PHABSIM and River2D model is simulated for ecological flow rate which used the habitat suitability curve. By using these three models, the ecological flow rate and weighted usable area are computed. There is no fishes monitoring data for long period, It was introduced that Ganghyeonsik HSI was substituted for habitat suitability index. The ecological flow rate that reflects the characteristics of HSI, which was evaluated by models and reach of stream. It was desireable method that Determination for the reasonable ecological flow rate estimated through the comparative analysis. 본 연구는 어종 서식처의 물리학 특성을 토대로 생태유량을 분석했다. 서식처 모형은 서식처적합도지수와 수리모형으로 구성된다. 이 과정에서, CASiMiR 모형은 Fuzzy-techniques의 서식처적합도지수로 모의를 수행하였고 PHABSIM과 River2D 모형은 서식처적합도지수를 사용하여 생태유량을 계산하였다. 이들 3개 모형을 사용하여, 생태유량과 가중가용면적을 산정하였다. 대상하천의 어류 모니터링 자료가 부재하여 강형식의 서식처적합도지수를 사용하여 HSI의 특성을 반영한 생태유량을 모형별, 하천구간별로 평가했다. 모형별, 구간별로 합리성 있는 하천의 생태유량을 비교, 해석함으로써 그 유량의 적정한 모의 방법을 제안하였다.

수력발전소에서 관로 손실수두 측정을 통한 유량산정에 대한 연구

한병주,고성호 대한기계학회 2022 大韓機械學會論文集B Vol.46 No.7

The measurements from the upper and tailrace reservoirs, and the discharge flow rate, are essential for the optimal operation of the hydraulic power plant. Typically, water level monitoring studies have been carried out, however, the real-time monitoring of the discharge flow rate is not available for most power plants. The present study proposes a method for estimating the discharge flow rate using head loss calculation with differential pressure measurement in the inlet pipeline. The flow rate assessment method was developed using the Bernoulli, Darcy-Weisbach, and Colebrook-White equations. To verify the method, comparative flow measurement tests were performed using the K-water flow meter calibration system. The results confirmed that flow rates calculated with differential pressure measurements are consistent with the measured ones by the standard flow meter, within a specific error range. 수력발전소의 최적 운영관리를 위해 상하류 수위와 방류량 측정은 필수적이다. 일반적으로 수위 모니터링은 실시되고 있지만 대부분의 발전소에서 방류량 모니터링은 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 수력발전소의 최적관리를 위해 인입관로 내 차압 측정을 통해 방류량을 산정할 수 있는 방법을 제안하였다. Bernoulli 식, Darcy-Weisbach 식, 그리고 Colebrook-White 식을 적용하여 방류량을 산정할 수 있는 유량산정방법을 개발하였다. 이 유량산정법을 검증하기 위하여 K-water 유량계 교정시스템에서 비교 유량 측정시험을 실시하였다. 차압측정을 통해 산정된 유량은 표준유량계로 계측된 결과와 기준오차율 범위 이내로 산정되었음을 최종적으로 확인하였다.

등간격으로 배열된 마이크로폰을 이용한 관내 유량측정 방법

김용범,김양한 한국소음진동공학회 2001 소음 진동 Vol.11 No.1

Proposed in this paper is a method of measurement of the flow rate in a pipe. The sound waves which are propagated within a pipe are characterized by that the wavenumber in the axial direction is changed according to the flow rate, and these characteristics are used in the present method of measurement of the flow rate. The amount of change in wavenumber of sound waves according to the flow rate can be obtained from the relationship among acoustic pressure signals within a pipe, which are measured by using a microphone array. The flow rate can be obtained by using the amount of change in wavenumber of sound waves and the relational equation of the flow rate. With respect to errors that can occur during the measurement of the flow rate, the types of errors and the method of correction of those errors are presented. This method of measurement of the flow rate has application limitation conditions due to the sensor interval, assumption of sound waves as plane waves, etc. The numerical simulation and experiments for measuring the flow rate of air in a pipe are performed in order to verify the applicability of this method of measurement of the flow rate. The experimental results are shown to be similar to those of the numerical simulation. And the flow rate measured is shown to be consistent with the actual value within 5% error bound.

질량유량 기반의 스프링클러헤드 수별 급수관 구경 선정방법에 관한 연구

남준석(Jun Seok Nam) 안전문화포럼 2023 안전문화연구 Vol.- No.25

본 연구의 목적은 소방배관을 설계하는 방법은 수리계산방식과 규약배관방식이 있고 현장에서는 ‘스프링클러설비의 화재안전성능기준’ [별표 1]에 따른 규약배관방식을 선호하고 있다. 규약배관방식의 급수관 구경별 헤드수에 대한 근거와 물리적 의미에 대해서는 언급되지 않고 있고 사용할 수 있는 관의 종류도 늘어났다. 관의 종류별로 [별표 1]에 따른 헤드수를 계산하여도 적합한지에 대한 규명이 없어 각국의 규정 비교와 이에 대한 유체역학적 계산을 통해 그 근거를 마련하고자 하였다. 연구의 방법은 미국, 영국, 한국의 관련 기준 분석을 통해 ‘스프링클러설비의 화재안전성능기준’ [별표 1]의 근거를 확인하였다. 관에 흐르는 유속을 근거로 질량유량 기반의 헤드와 관의 헤드수를 계산하여 비교하였다. 관의 종류로는 일반적으로 가장 많이 사용되는 KS D 3507을 기준으로 하였고 KS D 5301과 3595 관을 상대적으로 비교하여 헤드수가 적합한지를 확인하였다. 또한, 가지배관의 유속한계(6 ㎧)와 기타배관의 유속한계(10㎧)를 기준으로 가지배관의 한계가 어디까지인지 확인하기 위해 25A(25 Su), 32A(30 Su), 40A(40 Su), 50A(50 Su)로 가지배관 수를 늘려가며 변화여부를 확인하였다. 본 연구를 통해 스프링클러헤드 수별 급수관 구경 산정방법의 근거는 NFPA 13에 있음을 확인하였다. 관 유속을 근거로 질량유량 기반의 헤드수를 헤드와 관에 대해 비교하여 헤드수를 계산하였다. KS D 3507을 [별표 1]의 산정기준으로 하여 KS D 5301과 3595관을 관조도를 고려하여 상대적으로 비교한 결과 충분히 사용할 수 있음을 확인하였다. 또한, 가지배관의 수를 늘려가며 확인한 결과 가지배관은 40A까지 사용하는 것이 적합한 것으로 판단되었고 가지배관의 호칭이 늘어남에 따른 변화는 없는 것으로 확인하였다. 기준 비교와 질량유량 기반의 헤드수 비교를 통해 ‘스프링클러설비의 화재안전성능기준’ [별표 1] 근거를 확인하였고 KS D 3507, 5301, 3595 모두 적용이 가능함을 확인하였다. KS D 3595의 경우 65A에 대응하는 호칭으로 60 Su와 75 Su가 있어 이에 대한 설계의 유연성을 가질 수 있다고 판단되었다. The purpose of this study is that there are two methods for designing firefighting piping: the hydraulic calculation method and the conventional piping method. In the field, the conventional piping method according to the ‘Fire Safety Performance Standards for Sprinkler Equipment’ [Appendix 1] is preferred. There is no mention of the basis and physical meaning of the number of heads for each water supply pipe diameter in the conventional piping method, and the types of pipes that can be used have also increased. Since there was no confirmation as to whether it was appropriate to calculate the number of heads according to [Appendix 1] for each type of pipe, an attempt was made to establish a basis through comparison of regulations in each country and hydrodynamic calculations. The research method was to confirm the basis of the ‘Fire Safety Performance Standards for Sprinkler Equipment’ [Appendix 1] through analysis of relevant standards in the US, UK, and Korea. Based on the flow rate in the pipe, the mass flow rate-based head and the number of pipe heads were calculated and compared. As for the type of pipe, KS D 3507, which is the most commonly used, was used as a standard, and KS D 5301 and 3595 pipes were compared to determine whether the number of heads was appropriate. In addition, in order to check the limits of branch piping based on the flow speed limit of branch piping (6 ㎧) and the flow speed limit of other piping (10 ㎧), 25A (25 Su), 32A (30 Su), 40A (40 Su), we checked for changes by increasing the number of branch pipes to 50A (50 Su). Through this study, it was confirmed that the basis for the method for calculating water supply pipe diameter by number of sprinkler heads is in NFPA 13. Based on the pipe flow rate, the number of heads was calculated by comparing the head number based on mass flow rate for the head and pipe. Using KS D 3507 as the calculation standard in [Appendix 1], it was confirmed that KS D 5301 and 3595 pipes can be sufficiently used as a result of comparative comparison considering the degree of irradiation. In addition, as a result of increasing the number of branch pipes, it was determined that it was appropriate to use branch pipes up to 40A, and it was confirmed that there was no change as the number of branch pipes increased. Through comparison of the standards and the number of heads based on mass flow rate, the basis of ‘Fire Safety Performance Standards for Sprinkler Equipment’ [Appendix 1] was confirmed, and it was confirmed that all KS D 3507, 5301, and 3595 are applicable. In the case of KS D 3595, there are 60 Su and 75 Su as names corresponding to 65A, so it was judged that flexibility in design could be achieved.