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와류방지장치(AVD)를 설치한 펌프장 흡수정의 유동특성 및 사류펌프의 성능해석에 관한 연구

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dc.contributor.author 최종웅 -
dc.date.accessioned 2017-02-22T06:44:46Z -
dc.date.available 2017-02-22T06:44:46Z -
dc.date.issued 2012 -
dc.date.submitted 56987-11-06 -
dc.identifier.uri http://kmou.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002175517 ko_KR
dc.identifier.uri http://repository.kmou.ac.kr/handle/2014.oak/9756 -
dc.description.abstract The head-capacity curves of pumps developed by the pump manufacturer are based on tests of a single pump operation in a semi-infinite basin with no closed walls or floors and with no stray currents. Therefore, the flow into the pump intake has no vortices or swirling. However, pump station designers relying on these curves to define the operating conditions for the selected pump sometimes experience reductions in capacity and efficiency, as well as an increase of vibration and additional noise, which are caused by free air mixed with the pump inlet flow. Therefore, sump model testing is necessary in order to examine the flow structure around intake. In this study, flow uniformity according to the flow distribution in the pump intake channel is examined to find out the cause of vortex occurrence in detail. A multi-intake pump sump model with 7 pump intakes and a single-intake pump sump model are adopted for the investigation of submerged vortex, while a sump model with 10 pump intakes is adopted for free-surface vortex. Furthermore, in the sump model for the submerged vortex, the effectiveness of an anti vortex device(AVD) for the suppression of the vortex occurrence in a single and multi intake pump sump model has been examined by experiment and numerical methods. In the sump model for free-surface vortex, Under operating conditions of the pump, the free-surface vortex occurrence is examined together with there effectiveness of anti-free-surface vortex device in the sump model of pump station. For the pump performance characteristics, an impeller and diffuser for a mixed flow pump was designed, and a fluid analysis of the mixed flow pump was carried out. An efficiency of the flow mixed pump was studied about non-uniform approach flow at bell-mouth with and without the AVD. An uni-direction fluid-structure interaction(oneway FSI) analysis of the impeller and diffuser was implemented. In the submerged vortex study, the results show that highest value of flow uniformity is found at the inlet of pump intakes in the multi-intake pump sump. Therefore, when the pump station is designed, the flow patterns at the upstream region of pump intake inlet in the forebay diffusing area should be considered in detail because of the unbalanced flow at the channel inlet region gives considerable influence on the vortex occurrence around bell-mouth. Strong submerged vorticies can be successfully suppressed by installing an AVD on the bottom of pump intake channel just below the bell-mouth. In the free surface vortex study, depending on operating pumps of various combinations, the free surface vortex was occurred at different position. However, The AVD was able to suppress the free surface vorticies. The efficiency of the pump installed within the bell-mouth in the sump is reduced by the flow characteristics of around intakes. In the mixed flow pump performance study, the efficiency without and with sump model was 90.9% and 89% respectively at the design flow rate. The difference in efficiency between with and without the cavitation model and is 4.2%. As the approach flow condition increases in uniformity of flow to bell-mouth, the efficiency for the mixed flow pump also was increased. As the structure analysis results show that the stress is lower than the allowable stress. -
dc.description.tableofcontents 제1장 서 론 1 1.1 연구배경 1 1.2 국내외 흡수정 연구동향 4 1.3 연구목적 6 1.4 국내외 흡수정 규격 8 1.4.1 “펌프설치 및 부속 설비”-국내 흡수정규격 9 1.4.2 “American National Standard for Pump Intake Design”-국외 Hydraulic Institute(ANSI/HI 9.8) 규격 10 1.4.3 “Standard Method for Model Testing the Performance of a Pump Sump”-국외 JSME S 004:1984와 TSJ S 002:2005 규격 14 1.4.4 “Hydraulic Design of Pump Sumps and Intakes”-국외 BHRA 규격 18 1.4.5 “Rotodynamic Pumps- Design of Pump Intakes-Recommendations for Installation of Pumps”-국외 CEN Report CR 13930:2000 규격 19 1.5 흡수정 설비 적용사례 20 제2장 흡수정 28 2.1 흡입관 주위에서 발생하는 보텍스의 분류 28 2.2 흡수정의 일반적 치수정의 31 2.3 흡수정에서 사용되는 무차원 파라미터 32 2.4 흡수정의 분류 33 2.5 흡입관 접근 유동패턴의 일반적 유동특성 38 2.6 와류방지장치 42 제3장 수치해석 46 3.1 지배방정식 47 3.2 이산화 방법 48 3.3 난류모델링 55 제4장 "TSJ 규격“의 단일 흡수정 benchmark study 59 4.1 해석대상 및 해석조건 59 4.2 TSJ benchmark test 참여 코드 61 4.3 TSJ 결과에 대한 benchmark 62 4.3.1 공간격자계 및 경계조건(case I) 62 4.3.2 TSJ 흡수정의 유동특성 62 4.3.3 TSJ 결과에 대한 비교 67 제5장 다중 흡수정내 보텍스발생 저감효과 71 5.1 수중 보텍스발생 저감효과 71 5.1.1 수중 보텍스발생 저감해석을 위한 형상 71 5.1.2 수중 보텍스발생 저감해석을 위한 가시화 실험장치 75 5.1.3 가시화 실험의 상사성 76 5.1.4 가시화 실험결과 78 5.1.5 수치해석을 위한 3D 형상 및 격자 80 5.1.6 수치해석을 위한 경계조건 83 5.1.7 SST 난류모델 84 5.1.8 수중 보텍스 수치해석 결과 87 5.1.8.1 단일 흡수정의 유동특성 87 5.1.8.2 단일 흡수정의 Vortex-core swirling strength 88 5.1.8.3 AVD에 의한 흡입관내 압력손실 92 5.1.8.4 단일 흡수정 흡입관 주위의 와도 93 5.1.8.5 다중 흡수정 흡입관 주위의 Vortex core 및 와도 100 5.1.8.6 흡입관 접근 유동의 불균일성 107 5.2 자유표면 보텍스발생 저감장치 111 5.2.1 자유표면 보텍스 저감해석을 위한 형상 및 격자 111 5.2.2 펌프 가동 조건 및 유량 114 5.2.3 수치해석을 위한 경계조건 118 5.2.4 자유표면 높이 119 5.2.5 자유표면에서의 속도분포 125 5.2.6 자유표면으로부터 발생하는 보텍스구조 134 5.2.7 운전중인 흡수정의 자유표면 보텍스 발생여부 141 제6장 사류펌프를 포함한 흡수정 수치해석 143 6.1 흡수정 형상 및 제원 143 6.2 사류펌프 설계 145 6.2.1 사류펌프 설계를 위한 자오선상의 형상 145 6.2.2 임펠러 설계 148 6.2.3 디퓨저 설계 153 6.3 사류펌프 성능평가 157 6.3.1 수치해석을 위한 격자 및 경계조건 157 6.3.2 설계유량에서의 유동특성 160 6.3.3 사류펌프 성능곡선 164 6.4 흡수정을 포함한 사류펌프 성능평가 168 6.4.1 수치해석을 위한 형상 168 6.4.2 수치해석을 위한 격자 및 경계조건 169 6.4.3 흡수정내 흡입관 주위의 유동특성 172 6.4.4 흡수정내 사류펌프의 유동특성 176 6.4.5 캐비테이션을 적용한 사류펌프의 유동특성 182 6.4.6 흡수정을 포함한 사류펌프의 성능곡선 189 6.5 수중 보텍스 억제를 위한 흡수정내 AVD를 포함한 사류펌프 성능해석 196 6.5.1 수치해석을 위한 AVD 형상 및 계산조건 196 6.5.2 AVD 유무에 따른 흡수정내 유동특성 198 6.5.3 AVD 유무에 따른 흡수정내 사류펌프 성능곡선 202 6.5.4 흡입관으로 불균일한 유동유입으로 인한 AVD 유무에 따른 흡수정내 사류펌프 성능곡선 205 6.6 흡수정을 포함한 사류펌프 구조평가 210 6.6.1 단방향 유동-구조 연성해석을 위한 격자 및 경계조건 211 6.6.2 사류펌프 블레이드의 구조적 평가 214 제7장 결론 220 참고문헌 222 감사의 글 229 -
dc.language kor -
dc.publisher 한국해양대학교 대학원 -
dc.title 와류방지장치(AVD)를 설치한 펌프장 흡수정의 유동특성 및 사류펌프의 성능해석에 관한 연구 -
dc.title.alternative A Study on the Flow Characteristics of the Sump Pump Station with the AVD Installation and the Performance Analysis of the Mixed Flow Pump -
dc.type Thesis -
dc.date.awarded 2012-02 -
dc.contributor.alternativeName Choi -
dc.contributor.alternativeName Jong Woong -
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기계공학과 > Thesis
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