The Journal of the Acoustical Society of Korea (한국음향학회지)

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Numerical investigation on reduction of valve flow noise in high pressure gas pipe using perforated plates

다공판을 이용한 고압 가스 배관 내 밸브 유동 소음 저감에 대한 수치적 고찰

  • 김규남 (부산대학교 기계공학부) ;
  • 구가람 (부산대학교 기계공학부) ;
  • 정철웅 (부산대학교 기계공학부) ;
  • 강웅 (한국표준과학연구원 물리표준본부) ;
  • 김극수 (대우조선해양(주) 선박해양연구소)
  • Received : 2020.11.11
  • Accepted : 2020.11.26
  • Published : 2021.01.31
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Abstract

In this study, a numerical methodology is proposed for evaluating valve flow noise in a pipe conveying high pressure gas, and the effects of perforated plates on reduction of such valve flow noise are quantitatively analyzed. First, high-accurate unsteady compressible Large Eddy Simulation techniques are utilized to predict flow and flow noise by a valve in a high-pressure pipe. The validity of the numerical result is confirmed by comparing the predicted wall pressure spectrum with the measured one. Next, the acoustic power of downstream-propagating acoustic waves due to the valve flow is analyzed using an acoustic power formula for acoustic waves propagating on mean flow in a pipe. Based on the analysis results, perforated plates are designed and installed downstream of the valve to suppress the valve flow noise and the acoustic power of downstream-going acoustic waves is predicted by using the same numerical procedure. The reduction by 9.5 dB is confirmed by comparing the predicted result with that of the existing system. Based on these results, the current numerical methodology is expected to be used to reduce valve flow noise in an existing system as well as in a design stage.

본 논문에서는 고압가스 배관의 밸브 유동소음을 평가할 수 있는 수치적 방법론을 제시하고 밸브 유동소음 저감을 위한 다공판의 영향을 정량적으로 분석하였다.먼저, 고정확도의 비정상 압축성 대와류모사 기법을 이용하여 고압가스 배관의 밸브 유동과 이로 인한 유동소음을 예측하였다. 예측한 벽면 압력 스펙트럼을 측정값과의 비교를 통하여 수치해석결과의 유효성을 검증하였다. 다음으로 배관내에서 평균 유동장과 중첩되어 전파해가는 음향장의 음향파워를 평가할 수 있는 지표를 기반으로 배관내 밸브 유동에 의하여 하류방향으로 전파하는 음향파워를 분석하였다. 분석결과를 바탕으로 밸브 유동 소음 저감을 위해, 다공평판을 설계하여 밸브 후류에 설치하고 동일한 수치해석 방법을 통해 배관 하류방향으로 전파하는 음향파워를 예측하였다. 예측 결과를 기존 배관 결과와 비교하여 음향파워가 9.5 dB 감소함을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 본 연구에서 제시한 수치방법론은 고압가스 배관의 설계단계에서 뿐만 아니라 기존 시스템에서 발생하는 밸브 유동 소음을 효율적으로 저감할 수 있는 방법 개발에도 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

Keywords

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