게시판 > 질답게시판 > Pcf/P1의 의미

임홍재 hanwonclub2

12-11-30 09:10

안녕하세요. 제가 얼마전에 고민한 내용을 같이 고민하시는 분이 있어서 반가운(?) 마음에 답글을 올립니다.제가 공부한 내용이 조금 도움이 되실까하고 글을 올려봅니다.

(1) 우선 Pcf 내용을 정확히 이해하는 것이 필요한데 Pcf는 API520에서 'critical flow nozzle pressure' 라고 명시되어있습니다. 'critical flow nozzle pressure'라는 것은 파이프나 노즐을 통과하는 기체 (여기서 gas라는 것이 중요합니다. API에도 Pcf/P1 = (2/K+1)^(k/k-1) 식이 명시되기 전에 ideal gas relationship equation을 사용하여 estimation 한다고 적혀있습니다. ) 는 인입압력이 일정하다고 가정하였을 때 출구쪽 압력이 떨어지게 되면 유량이 늘어나게 되는데 (.. 자연의 현상이겠죠? 높은 곳에서 낮은 곳으로의 흐름) 출구쪽 압력을 한없이 떨어뜨린다고 해서 유량 또한 계속적으로 늘어나는 것이 아니라 어떤 압력에서 더이상 유량이 늘어나지 않게 됩니다. 이때의 압력 포인트를 critical flow nozzle pressure 라고 합니다. Pcf에서는 가스의 유속이 거의 음속에 가깝게 증가하게 되며 유체역학적으로 의미있는 부분이므로 주의깊게 생각하셔야합니다. (공정설계시 유체의 흐름이 음속 대비 어느정도 인지를 살펴야하는 경우가 있기 때문에 항상 신경쓰셔야 합니다.)

(2) 그리고 질문자께서 P1과 Pcf의 크기 비교로 critical flow와 subcritical flow에 대해 질문하셨는데 API를 다시 읽어보시면 P1값이 아닌 노즐의 downstream pressure와 비교하는 것으로 나와있습니다. P1은 upstream relieving pressure라고 명시되어 있으므로 P1과 Pcf값의 크기를 비교하시면 안됩니다.(전 API 520 PART 1 , 5.6.2.5절을 인용했습니다)

(3) API 520 PART1 , 5.6.4 절부터 GAS AND VAPOR에 대한 SUBCRITICAL FLOW의 SIZING에 대한 방법이 나오는데 여기서 5.6.4.1의 첫문장을 보시면 SUBCRITICAL FLOW에 대한 것이 무엇인지 생각해볼 수 있을 것 같습니다. Pcf/P1의 값은 k (specific heat ratio , relieving temperature에서..) 인데 API에 나온 TABLE 7을 참고하시면 k값은 고정된 값이라고 생각할 수 있고..(k값은 압력에 독립적) 우리는 Pcf/P1 값과 노즐에서의 backpressure/인입압력 값을 비교해야합니다. 예를 들어 어떤 기체가 노즐을 통해 relieving temperature에서 대기로 빠져나간다고 가정했을 때, 우리는 k 값을 결정할 수 있고, k값이 나오면 Pcf/P1이 결정됩니다. 그리고 Pcf/P1 값과 노즐에서의 backpressure/인입압력 값을 비교하여 'Pcf/P1 < backpressure/인입압력' 이 된다면 subcritical flow가 형성된다고 보면 됩니다. 저의 소견으로는 subcritical flow 란 것은 흐름을 어떤 형태로 이해하기보단 어떤 기준값과 비교한 것을 명명한 내용 정도로 이해하시는 것이 빠를 것 같습니다.

부족한 부분을 보충해주실 분은 더 많은 설명 부탁드립니다.

안녕하세요. 제가 얼마전에 고민한 내용을 같이 고민하시는 분이 있어서 반가운(?) 마음에 답글을 올립니다.제가 공부한 내용이 조금 도움이 되실까하고 글을 올려봅니다.

(1) 우선 Pcf 내용을 정확히 이해하는 것이 필요한데 Pcf는 API520에서 'critical flow nozzle pressure' 라고 명시되어있습니다. 'critical flow nozzle pressure'라는 것은 파이프나 노즐을 통과하는 기체 (여기서 gas라는 것이 중요합니다. API에도  Pcf/P1 = (2/K+1)^(k/k-1) 식이 명시되기 전에 ideal gas relationship equation을 사용하여 estimation 한다고 적혀있습니다. ) 는 인입압력이 일정하다고 가정하였을 때 출구쪽 압력이 떨어지게 되면 유량이 늘어나게 되는데 (.. 자연의 현상이겠죠? 높은 곳에서 낮은 곳으로의 흐름) 출구쪽 압력을 한없이 떨어뜨린다고 해서 유량 또한 계속적으로 늘어나는 것이 아니라 어떤 압력에서 더이상 유량이 늘어나지 않게 됩니다. 이때의 압력 포인트를 critical flow nozzle pressure 라고 합니다. Pcf에서는 가스의 유속이 거의 음속에 가깝게 증가하게 되며 유체역학적으로 의미있는 부분이므로 주의깊게 생각하셔야합니다. (공정설계시 유체의 흐름이 음속 대비 어느정도 인지를 살펴야하는 경우가 있기 때문에 항상 신경쓰셔야 합니다.)

(2) 그리고 질문자께서 P1과 Pcf의 크기 비교로 critical flow와 subcritical flow에 대해 질문하셨는데 API를 다시 읽어보시면 P1값이 아닌 노즐의 downstream pressure와 비교하는 것으로 나와있습니다. P1은 upstream relieving pressure라고 명시되어 있으므로 P1과 Pcf값의 크기를 비교하시면 안됩니다.(전 API 520 PART 1 , 5.6.2.5절을 인용했습니다)

(3) API 520 PART1 , 5.6.4 절부터 GAS AND VAPOR에 대한 SUBCRITICAL FLOW의 SIZING에 대한 방법이 나오는데 여기서 5.6.4.1의 첫문장을 보시면 SUBCRITICAL FLOW에 대한 것이 무엇인지 생각해볼 수 있을 것 같습니다. Pcf/P1의 값은 k (specific heat ratio , relieving temperature에서..) 인데 API에 나온 TABLE 7을 참고하시면 k값은 고정된 값이라고 생각할 수 있고..(k값은 압력에 독립적) 우리는 Pcf/P1 값과 노즐에서의 backpressure/인입압력 값을 비교해야합니다. 예를 들어 어떤 기체가 노즐을 통해 relieving temperature에서 대기로 빠져나간다고 가정했을 때, 우리는 k 값을 결정할 수 있고, k값이 나오면 Pcf/P1이 결정됩니다. 그리고 Pcf/P1 값과 노즐에서의 backpressure/인입압력 값을 비교하여 'Pcf/P1 < backpressure/인입압력' 이 된다면 subcritical flow가 형성된다고 보면 됩니다. 저의 소견으로는 subcritical flow 란 것은 흐름을 어떤 형태로 이해하기보단 어떤 기준값과 비교한 것을 명명한 내용 정도로 이해하시는 것이 빠를 것 같습니다.

부족한 부분을 보충해주실 분은 더 많은 설명 부탁드립니다.

스테파노 Stefano

12-12-03 20:23

(0) 임홍재님... 게시판에 글을 올릴 때 불필요한 빈줄은 읽기에 불편하고 주제도 산만해 집니다. 인터넷 공간 자원의 낭비도 됩니다. 주제가 달라질 때만 빈 줄을 삽입하도록 하세요. 줄바꿈없이 끊임없이 써 내려간 글을 읽는것은 대단히 피곤한 일입니다.

또한 워드프로세서의 줄 맨끝마다 Enter Key를 눌러 쓴 글은 문서 편집 시 아주 애를 먹는 일이고 용지의 여백이 달라지면 제멋대로 된 짜투리를 늘어놓은 누더기가 되어버리기 때문에 글 쓴사람에게도 무척 황당한 일이 벌어집니다. 이는 워드프로세서 사용의 첫번째 금기사항입니다.

(1) 어느 유체가 Critical 상태의 흐름에 있다는 의미는 그 유체의 흐름이 그 유체내의 음속과 같다는 것을 의미합니다. 따라서 Critical Flow에 존재하는지의 여부는 그 온도와 압력에서 음속을 알아봄으로써 판별가능합니다.

(2) 유체의 흐름이 음속에 다다르면 그 이상의 속도로 유체가 흐르는 방향으로 밀고 나아갈 수 없기 때문입니다. 왜냐하면 분자의 진행속도가 분자의 음속에 도달하면 진행하는 분자는 음속으로 반사되어 돌아오는 분자와 충돌하게되고 그 충돌로 인하여 압력이 크게 상승하게 되므로 마치 고체의 벽에 부딛치는 현상과 동일한 효과가 나타나기 때문입니다.

따라서 흐르는 유체는 음속이상으로 전진할 수 없습니다. 이 음속이 유체가 흐를 수 있는 최대의 속도가 된다는 것이고 그 유속이상으로 유체가 흐를 수 없기 때문에 임계속도라고 하지요.

(3)참고로... 유체가 아니고 고체의 물질은 초음속으로 유체가 채워져 있는 공간을 날아갈 수 있습니다. 초음속 여객기, 총알, 미사일 등은 계속 가속되어 초음파 이상으로 이동할 수 있습니다. 2차대전때 독일이 패전직전 개발한 어느 포탄은 비행기에서 단지 중력으로 떨어뜨리고 조종사가 지상의 표적 보면서 조정하여 명중시키는 것이었는데 그 포탄은 지상으로 떨어지면서 중력에 의해 가속되고 결국 초음파 이상의 속도로 목표물에 닿게 되는데 소형 폭탄이라고 해도 전투함을 완전 관통시킬 수 있는 능력을 가졌었다고 합니다.

(4)본 주제로 돌아가서.. 압축성 유체의 1차측 압력이 2차측 압력으로 떨어지면서 증가하는 부피에 의해 유속이 증가하게 되는데 2차측 압력이 음속에 도달하면 더 이상의 속도증가가 없이 음속으로 진행하게 된다는 뜻입니다.

(5) 또, Subcritical Flow는 음속에 도달하지 않은 흐름을 언급합니다.

Pcf/P1는 Inlet (절대)압력에 대한 Outlet 측 (절대)압력의 비인데 Pcf/P1의 비가 0.48~0.52 부근에서 음속에 도달하는 값이 되기 때문에 P1의 0.48~0.52 즉 약 1/2에 해당하는 압력에서 음속에 도달하며 그 이상의 P2압력은 Subcritrical Flow에 있음은 두말할 필요가 없습니다.

(0) 임홍재님... 게시판에 글을 올릴 때 불필요한 빈줄은 읽기에 불편하고 주제도 산만해 집니다.   인터넷 공간 자원의 낭비도 됩니다.   주제가 달라질 때만 빈 줄을 삽입하도록 하세요.  줄바꿈없이 끊임없이 써 내려간 글을 읽는것은 대단히 피곤한 일입니다.

또한 워드프로세서의 줄 맨끝마다 Enter Key를 눌러 쓴 글은 문서 편집 시 아주 애를 먹는 일이고 용지의 여백이 달라지면 제멋대로 된 짜투리를 늘어놓은 누더기가 되어버리기 때문에 글 쓴사람에게도 무척 황당한 일이 벌어집니다.  이는 워드프로세서 사용의 첫번째 금기사항입니다.

(1) 어느 유체가 Critical 상태의 흐름에 있다는 의미는 그 유체의 흐름이 그 유체내의 음속과 같다는 것을 의미합니다.   따라서 Critical Flow에 존재하는지의 여부는 그 온도와 압력에서 음속을 알아봄으로써 판별가능합니다.

(2) 유체의 흐름이 음속에 다다르면 그 이상의 속도로 유체가 흐르는 방향으로 밀고 나아갈 수 없기 때문입니다.  왜냐하면 분자의 진행속도가 분자의 음속에 도달하면 진행하는 분자는 음속으로 반사되어 돌아오는 분자와 충돌하게되고 그 충돌로 인하여 압력이 크게 상승하게 되므로 마치 고체의 벽에 부딛치는 현상과 동일한 효과가 나타나기 때문입니다.

따라서 흐르는 유체는 음속이상으로 전진할 수 없습니다.   이 음속이 유체가 흐를 수 있는 최대의 속도가 된다는 것이고 그 유속이상으로 유체가 흐를 수 없기 때문에 임계속도라고 하지요.

(3)참고로... 유체가 아니고 고체의 물질은 초음속으로 유체가 채워져 있는 공간을 날아갈 수 있습니다.  초음속 여객기, 총알, 미사일 등은 계속 가속되어 초음파 이상으로 이동할 수 있습니다.   2차대전때 독일이 패전직전 개발한 어느 포탄은 비행기에서 단지 중력으로 떨어뜨리고 조종사가 지상의 표적 보면서 조정하여 명중시키는 것이었는데 그 포탄은 지상으로 떨어지면서 중력에 의해 가속되고 결국 초음파 이상의 속도로 목표물에 닿게 되는데 소형 폭탄이라고 해도 전투함을 완전 관통시킬 수 있는 능력을 가졌었다고 합니다.

(4)본 주제로 돌아가서.. 압축성 유체의 1차측 압력이 2차측 압력으로 떨어지면서 증가하는 부피에 의해 유속이 증가하게 되는데 2차측 압력이 음속에 도달하면 더 이상의 속도증가가 없이 음속으로 진행하게 된다는 뜻입니다.

(5) 또, Subcritical Flow는 음속에 도달하지 않은 흐름을 언급합니다.

Pcf/P1는 Inlet (절대)압력에 대한 Outlet 측 (절대)압력의 비인데 Pcf/P1의 비가  0.48~0.52 부근에서 음속에 도달하는 값이 되기 때문에 P1의 0.48~0.52 즉 약 1/2에 해당하는 압력에서 음속에 도달하며 그 이상의 P2압력은 Subcritrical Flow에 있음은 두말할 필요가 없습니다.

임홍재 hanwonclub2

12-12-06 09:30

스테파노님의 지적 감사드리며 위의 답변을 수정하였습니다.

스테파노 Stefano

12-12-10 10:47

임홍재님.. 아주 잘 하셨습니다. 보기가 훨씬 수월해졌고 주제도 명확해진것 같습니다.

초이스 whitedus

13-11-08 01:14

감사합니다. 너무 재밌게 학습이되네요..