Flow Analysis and Experimental Study of Globe Valve for Precision Control

The globe valve is a linear motion valve that is designed primarily to stop, start, and regulate flow. The disk of a globe valve can be removed totally from the flow path or it can completely close the flow path. In this study, numerical analysis using ANSYS-CFX was initially performed to predict the flow coefficient and build a prototype model of a globe valve. The flow coefficient is the volume of water at $15.6^{\circ}C$ that will flow per minute through a valve with a pressure drop of 1 psi across the valve. In other words, it is an important factor for determining the size of the valve. From the analysis results, the fluid flux of water and flow coefficient of the valve were extracted. From the numerical results, a prototype of ultra-fine precision control valve, which can regulate the fluid flow of range 0 ~ 0.1 gal per min, was developed. The experimental results were compared with the numerical results using the flow coefficient ($C_v$) graph. From the comparative results, the flow coefficient ($C_v$) error percentage between the numerical and experimental results was very low, which is acceptable, proving that the proposed prototype model is convincing. In addition, it is possible to predict the flow coefficient using only numerical analysis.

정밀 제어 글로브 밸브의 유동해석 및 실험적 연구

선형으로 움직이는 글로브 밸브의 목적은 주로 유량을 제어할 수 있도록 설계 되어 있으며, 디스크의 움직임으로 인해서 유량을 제어가 가능하게 된다. 본 논문은 유량계수를 예측하기 위해서 전산유동해석 프로그램인 ANSYS-CFX로 유동해석을 진행 하였고 본 해석에서 사용되는 글로브 밸브 모델을 시제품과 동일한 형상의 크기로 설계하였다. 유량계수는 밸브 전개 시 $16.5^{\circ}C$의 맑은 물이 전후의 압력차 1psi로 흐를 때 그때의 유량을 말한다. 다시 말해서 밸브의 크기를 결정할 수 있는 중요한 요인이 된다. 밸브의 유량계수와 유량을 해석을 통해서 얻어낼 수 있었고, 그 해석으로 인해서 분당 0~0.1gal 유량을 제어할 수 있는 정밀제어 글로브 밸브를 개발 할 수 있었다. 유동해석과 실험의 결과로 유량계수를 서로 비교하였으며 그 결과로 인해서 유량계수의 오차율이 매우 작음을 확인하였고, 해석의 신뢰성을 확보하였다. 따라서 실험 없이 해석만으로 충분히 유량계수의 경향성을 파악하는데 크게 어려움이 없음을 보여주었다.