압력 릴리프 밸브 스템부 운동 및 유동 연계해석 기법

Analysis of Pressure Relief Valve Considering Interaction between Valve Stem Motion and Flow

본 연구에서는 발사체 추진제 탱크에 적용되는 압력 릴리프 밸브에 대한 모델링 방법을 제시하였다. 압력 릴리프 밸브의 유동저항은 밸브 스탬의 정지 위치에 대한 이동거리에 의해서 결정된다. 밸브 스탬의 위치는 스탬의 질량, 스프링의 탄성계수, 마찰저항, 차압 등에 의존하며 일반적으로 시스탬 운용 시간에 걸쳐 변하게 된다. 본 연구에서는 이러한 밸브 스템부 운동 및 그에 따른 유동저항의 천이를 제시하였다. 다른 종류의 밸브와는 달리 압력 릴리프 밸브는 일반적으로 밸브 전 후단의 차압이 크기 때문에 밸브목 근처에서 유량이 음속에 의해 제한되는 쵸킹 현상이 발생한다. 따라서 압력릴리프 밸브 설계 시에는 이러한 쵸킹 현상을 고려해야 하며 본 논문에서는 쵸킹을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우에 대한 결과를 비교하여 제시하였다. 또한 스탬부 직경 및 스프링 탄성계수에 의한 밸브의 벤트 성능을 제시하였다.

Direct acting pressure relief valve applicable to propellant tank of launch vehicle is modeled in this study The flow resistance of the partially opened valve is modeled as a function of the distance of the valve stem from the resting position. The position of the valve varies transiently as a function of its mass, the spring force, sliding friction, and the pressure differential. Choking at valve throat and compressibility are considered for the analysis. This study presents systematic analysis method for pressure relief valve applicable to propellant tank of liquid rocket. The results shows transient flow resistance caused by stem motion and the importance of choking at valve throat for pressure relief valve design.