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

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.