노즐체크밸브의 내부형상 최적화 설계에 관한 수치해석 연구

Abstract

노즐체크밸브는 배관시스템에서 역류에 의한 수격 현상으로부터 펌프나 압축기와 같은 기자재를 보호하는 역할을 한다. 배관시스템에서 배관으로부터 압력손실이 발생하고 또한 밸브에서도 압력손실이 발생한다. 이러한 압력손실은 유체흐름의 방향변경 속도변화에 따른 압력의 변화과정을 거치면서 손실이 발생된다. 압력손실은 밸브 내부 형상에 따라 차이가 나며 밸브 내부 형상을 최적화 하여 압력손실을 최소화 할 필요가 있다. 밸브의 성능은 밸브성능계수로 표현되고 밸브내부 형상에 따른 저항계수는 압력손실계수로 표현된다. 제작과 실험을 통화여 형상을 비교 분석 할 수 있지만 그에 따른 비용이 상당할 것으로 예상해 실험 전 전산 유체 해석을 통하여 비교분석 하는 것이 효율적이라고 판단했다. 밸브 몸체 내경과 노즐의 각도를 변경하여 총 12경우 전산 수치 해석을 진행 하였으며 속도 백터장, 난류운동에너지 분포, 압력분포를 분석하였다. 밸브 몸체 내경이 작은 경우 노즐 후단에서 유로면적의 급 확대 현상이 발생하여 난류가 발생하였고 밸브 몸체 내경이 큰 경우는 디스크 끝단 밸브 몸체 근처에서 유로면전의 확대로 와류로 인한 난류가 발생하였다. 또한, 노즐 후단에서 급 축소되어 난류가 발생되었다. 그 분석 결과 밸브 몸체 내경과 노즐을 지나는 유체의 압력 손실은 유로 단면적과 비례 하였고 유로 단면적의 변화가 적은 경우가 압력손실이 낮게 나타냈다. 밸브 몸체 내경은 밸브 입구 면적의 1.3배에서 가장 낮은 압력손실을 보였다