게시판 > 질답게시판 > PSV에서 FLOW BEHAVIOR SELECTION에 대한 질문.

임홍재 hanwonclub2

13-02-13 10:38

아래글을 간단히 수정하여 다시 올렸습니다.

스테파노 Stefano

13-02-21 19:54

(1) 일단 PSV의 앞과 뒤의 압력을 각각 P1, P2라고 해두고 설명하지요. Vapor 혹은 Gas는 압력에 따라 부피가 늘어나기 때문에 P1에서 흘러오던 유체가 PSV를 거치면서 P2로 압력이 낮아지면 유속이 늘어나 V로 흘러가게 될 것입니다.

Pcf는 나중에 생각하고 우선 이 유속만을 거론해 봅시다. 즉 만일 V가

#a) V=Vs, 즉 그 유체내의 음속 Vs과 같아지면 바로 그 속도가 Critical Flow가 되고
#b) V<Vs, 즉 음속보다 보다 낮으면 Sub-critical Flow가 되지요.
#c) V>Vs, 인 경우는 없습니다. (압축성 유체가 음속보다 빠르게 흘러갈 수는 없습니다. 기체 분자가 진동하는 속도보다더 빠르게 기체분자가 진행하려면 엄청난 저항을 받기 때문에 그런 현상이 나타나게 되지요)

(2) 위의 #a)가 될 때는 PSV의 2차 출구측 압력이 낮아지고 부피가 늘면서 유속은 점점 빨라져 음속에 도달한 경우인데 이 때의 압력이 바로 Pcf일때의 압력입니다. 음속에 도달하기 때문에 그 때의 압력이 바로 Critical Downstream Pressure 즉 Pcf가 되는 점입니다. 이제 P2의 압력을 Pcf와 연관지여 위의 #a), #b), #c) 경우를 #1), #2)의 두가지 경우로 나타내보면

#1) P2 ≤ Pcf ("If the pressure downstream of the nozzle is less than, or equal to..") 인 경우는 V=Vs에 도달하기 때문에 Critical Flow가 나타나는 점이고

#2) P2>Pcf ("If the downstream Pressure exceeds the.."")가 되는 경우에는 V가 Vs에 도달해 있지 않아서 Critical Flow 이하에서의 흐름이기 때문에 "Sub-critical Flow"상태로 흐르는 점이 됩ㄴ다. 사용 용어가 좀 낯설어서 그렇지 대부분의 가스나 증기의 흐름은 바로 이조건에서 흘러가게 됩니다.

(3) 위의 괄호 속에 인용한 부분이 바로 인용한 문장에서 설명하는 내용입니다.

마지막으로 전체를 다시 간단히 정리하면 다음과 같습니다.

P2 ≤ Pcf 인 경우 V=Vs(**V>Vs는 될수 없음.)가 되어 Critical Flow("음속상태")이기 때문에 절차5.6.3을 적용하고
P2 >Pcf인 경우 V<Vs상태이기 때문에 Sub-critical("음속이하상태")이므로 절차5.6.4를 적용해야 한다.

(4) PSV의 출구는 모두 Hydraulic Analysis를 통하여 PSV가 배출해내는 유량을 흘러가게 할 수 있는 배관경이면 됩니다. 이 때 배관경을 구하기 위해 필요한 것이 Back-Pressure (=Super Imposed Back-pressure + Built-up Back-Pressure)이기는 하지만 인용한 부분과는 관련있는 것은 아닙니다.

질문에서 인용한 부분은 단순히 <PSV 노즐크기를 결정하기 위해 적용하는 방법을 선택하기 위한 지침>일 뿐입니다.

(1) 일단 PSV의 앞과 뒤의 압력을 각각 P1, P2라고 해두고 설명하지요.  Vapor 혹은 Gas는 압력에 따라 부피가 늘어나기 때문에 P1에서 흘러오던 유체가 PSV를 거치면서 P2로 압력이 낮아지면 유속이 늘어나  V로 흘러가게 될 것입니다.

Pcf는 나중에 생각하고 우선 이 유속만을 거론해 봅시다.  즉 만일 V가
 
#a) V=Vs, 즉  그 유체내의 음속 Vs과 같아지면 바로 그 속도가 Critical Flow가 되고   
#b) V<Vs, 즉  음속보다 보다 낮으면 Sub-critical Flow가 되지요.
#c) V>Vs, 인 경우는 없습니다.  (압축성 유체가 음속보다 빠르게 흘러갈 수는 없습니다.  기체 분자가 진동하는 속도보다더 빠르게 기체분자가 진행하려면 엄청난 저항을 받기 때문에 그런 현상이 나타나게 되지요)

(2) 위의 #a)가 될 때는 PSV의 2차 출구측 압력이 낮아지고 부피가 늘면서 유속은 점점 빨라져 음속에 도달한 경우인데 이 때의 압력이 바로 Pcf일때의 압력입니다.  음속에 도달하기 때문에 그 때의 압력이 바로 Critical Downstream Pressure 즉 Pcf가 되는 점입니다.    이제 P2의 압력을 Pcf와 연관지여 위의 #a), #b), #c) 경우를   #1), #2)의 두가지 경우로 나타내보면

#1) P2 ≤ Pcf ("If the pressure downstream of the nozzle is less than, or equal to..") 인 경우는 V=Vs에 도달하기 때문에 Critical Flow가 나타나는 점이고

#2) P2>Pcf ("If the downstream Pressure exceeds the.."")가 되는 경우에는 V가 Vs에 도달해 있지 않아서 Critical Flow 이하에서의 흐름이기 때문에 "Sub-critical Flow"상태로 흐르는 점이 됩ㄴ다.   사용 용어가 좀 낯설어서 그렇지 대부분의 가스나 증기의 흐름은 바로 이조건에서 흘러가게 됩니다.

(3) 위의 괄호 속에 인용한 부분이 바로 인용한 문장에서 설명하는 내용입니다.

마지막으로 전체를 다시 간단히 정리하면 다음과 같습니다. 
 
P2 ≤ Pcf 인 경우 V=Vs(**V>Vs는 될수 없음.)가 되어 Critical Flow("음속상태")이기 때문에 절차5.6.3을 적용하고 
P2 >Pcf인 경우 V<Vs상태이기 때문에 Sub-critical("음속이하상태")이므로 절차5.6.4를 적용해야 한다.

(4) PSV의 출구는 모두 Hydraulic Analysis를 통하여 PSV가 배출해내는 유량을 흘러가게 할 수 있는 배관경이면 됩니다. 이 때 배관경을 구하기 위해 필요한 것이 Back-Pressure (=Super Imposed Back-pressure + Built-up Back-Pressure)이기는 하지만 인용한 부분과는 관련있는 것은 아닙니다.

질문에서 인용한 부분은 단순히 <PSV 노즐크기를 결정하기 위해 적용하는 방법을 선택하기 위한 지침>일 뿐입니다.

임홍재 hanwonclub2

13-02-22 16:05

스테파노님 설명 감사합니다. 이해가 확실하게 되었습니다!

즉, Pcf는 기체의 속도가 음속이냐 음속미만이냐를 판단하기 위한 압력기준이 되는 것이군요. 제가 Downstream Pressure를 너무 확대해석한 것 같습니다.

정리하면

(1) P2는 노즐의 Downstream Pressure가 되는 것이고
(2) 비압축성 기체에서 압력과 기체속도의 관계와 (압력 감소 => 기체의 부피증가 => 기체의 속도 증가)
(3) Pcf 일때는 기체가 음속, 그리고 기체는 음속을 초과할 수 없는 사실을 통해..
(4) P2 ≤ Pcf 인 경우와 P2 >Pcf인 경우에서 각각 Critical Flow와 Sub-critical Flow를 구분한다.
(5) 그리고 Back Pressure는 PSV 출구의 배관경을 구하기 위해 필요한 것이며 위의 내용은 단지 PSV 노즐 크기의 결정에만 관여한다 라는 말씀이시군요.

명확히 이해가 되었습니다^^