Abstract
A pressure relief valve is generally used to prevent piping systems from being broken due to high pressure gas flows. However, the sudden pressure drop caused by the pressure relief valve produces high acoustic energy which propagates in the form of compressible acoustic waves in the pipe and sometimes causes severe vibration of the pipe structure, thereby resulting in its failure. In this study, internal aerodynamic noise due to valve flow is estimated for a simple contraction-expansion pipe by combining the LES (Large-Eddy Simulation) technique with the wavenumber-frequency analysis, which allows the decomposition of fluctuating pressure into incompressible hydrodynamic pressure and compressible acoustic pressure. In order to increase the convergence, the steady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations are numerically solved. And then, for the unsteady flow analysis with high accuracy, the unsteady LES is performed with the steady result as the initial value. The wavenumber-frequency analysis is finally performed using the unsteady flow simulation results. The wavenumber-frequency analysis is shown to separate the compressible pressure fluctuation in the flow field from the incompressible one. This result can provide the accurate information for the source causing so-called acoustic-induced-vibration of a piping system.
일반적으로 감압밸브는 고압 가스에 의한 배관 파손을 방지하기 위해 설치된다. 그러나 감압 밸브를 지나면서 발생하는 급격한 압력 저하는 음향파의 형태로 전파되는 큰 음향 에너지를 발생 시키며, 하류 방향으로 전파되면서 배관의 벽면을 진동시키는 가진원으로 작용하여 배관의 파손을 유발한다. 따라서, 본 연구에서는 단순 수축-확장 배관을 대상으로 LES(Large-Eddy Simulation)기법과 파수-주파수 분석을 통해 유동장 내 비압축성 압력섭동과 압축성 압력 섭동을 분리하고, 밸브 유동에 의한 내부 유동소음을 예측하였다. 수치해석의 수렴성을 향상시키기 위해 먼저 정상상태 Reynolds-Averaged Navier-Stokes 방정식을 해석하여, 고정확도의 비정상 LES해석의 초기 값으로 활용하였으며, 비정상 유동장 결과로부터 파수-주파수 분석을 실시하였다. 파수-주파수 분석을 통해 비압축성 압력섭동과 압축성 압력섭동을 분리하였으며, 이를 통해 배관 내 음향유기진동에 의한 소음원 정보를 정확히 제공할 수 있음을 확인하였다.
