캐비테이션 발생 저감을 위한 상수도용 반사판 초음파 유량계의 내부유동 특성 연구 (Study on the Internal-Flow Characteristics of the Water Ultrasonic Flow-Meter with Reflect-Plate to Reduce Cavitation Generation)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 25권 / 2호 / 771 ~ 778페이지
· 저자명 : 김성하, 김찬후, 박성영

초록

초음파 유량계는 구동부가 없다는 장점으로 산업 현장에 적용되기 시작하였다. 최근 다양한 규모와 다양한 유체에 적용이 가능하다는 장점 덕분에 폭넓게 사용되고 있다. 초음파 유량계는 초음파가 진행함과 동시에, 전달하는 매질이 이동하면 초음파의 속도에 매질인 유체가 이동하는 속도가 합해진 속도로 이동하게 된다. 이로 인하여 송수신된 신호는 시간차가 발생하고, 이 시간차를 이용하여 유체의 속도 및 유량을 계산한다. 이러한 초음파 유량계의 특성상 측정 중에 유동이 한쪽으로 치우치거나 캐비테이션이 발생하게 될 경우, 측정 오차의 원인이 된다. 본 연구에서는 반사판 초음파 유량계의 측정 정도 향상을 위하여 전산유체역학(CFD：Computational Fluid Dynamics, 이하 CFD) 해석을 수행하고, 그 결과를 분석하였다. 본 연구의 대상은 상수도용 반사판 초음파 유량계이다. 기존 반사판을 장착한 초음파 유량계는 반사판 및 관이 좁아지는 Neck부분의 형상으로 인하여 큰 압력강하량이 발생하였으며, 캐비테이션의 발생과 유량이 편중되는 것을 확인하였다. 유동이 가장 개선된 모델에서는 기존 모델 대비 압력강하량이 51.2 % 감소하고, 캐비테이션의 발생 체적은 76.8 % 감소하는 것을 확인하였다.

영어초록

Ultrasonic flow meters began to be applied to industrial sites with the advantage of not having a driving unit. Recently, they have been used widely because they can be applied to various sizes and various fluids. A difference in the transmission and reception time of ultrasonic waves occurs according to the fluid speed, and the speed and mass flow rate are calculated using this time difference. The measurement method of the ultrasonic flow meter is greatly affected by the flow. Flow bias and cavitation cause significant errors in the flow meter measurements. In this study, CFD analysis was performed to improve the measurement error of the ultrasonic flow meter, and the results were analyzed. The subject of this study was an ultrasonic flow meter equipped with a reflect plate. The ultrasonic flow meter equipped with a reflect plate caused a significant pressure drop due to the shape of the reflect plate and the neck part where the pipe narrows. In addition, cavitation and flow rate bias occurred. In the model with the most improved flow, the pressure drop was decreased by 51.2 %, and the cavitation volume decreased by 76.8 % compared to the original model.

참고자료

· 없음