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  밸브와 차압간의 관계 문의
  글쓴이 : 파르데스   고유ID : dynast     날짜 : 19-03-11 01:27     조회 : 124    
안녕하세요. 아래 글과 비슷한 유형의 문의가 아닌가 합니다.
탱크의 BTM에 바로 밸브가 달려있고 대기압으로 Open되어 있고 배관길이는 무시할만큼 작다고 가정했을 때, valve opening이 2배가 되었을 때 차압이 어떻게 되는지 궁금합니다.
1) 제가 생각했던 것은 valve Opening 2배에 의해 유량이 2배가 되고(valve opening에 비례한다고 가정) 하지만 Opening이 2배가 되었으므로 Equivalent Diameter가 2배가 된 셈이므로 A는 약 4배, Q=Av에 의해 속도는 1/2배가 된다고 보았습니다. 
2) 밸브의 차압은 (탱크BTM압력-대기압)에는 변화가 없으므로 차압은 동일하다고 판단했습니다.
3) 그런데 1)에 의하면 밸브에서 걸리는 차압을 마치 L=0에 가까운 배관에서의 차압계산하는 것으로 가정하여 Fanning Equiation을 써보면 D는 2배, v=1/2배이므로 Frictional loss = 4f(L/D)(v^2/2g) 식을 생각해본다면 (Re는 동일) 1/8배라는 결론이 나오게 됩니다.   
이 흐름에서 어느 부분이 잘못된 건지 혼동이 옵니다. 잘못된 점이 있다면 알려주시면 감사하겠습니다.

스테파노 Stefano   19-03-12 03:36
(0) 일반적으로 Valve Opening은 밸브 Stem 축의 이동거리(Stroke)를 기준으로 0~10단계로 나누어 이야기 하는 것이 보통이므로 Opening이 두배가 되었다는 이야기는 초기 Valve Stem 위치를 두배로 열었다는 것을 의미합니다.  이때 열린 단 면적이 두배가 되었다는 것을 의미하지는 않습니다.

Control Valve의 경우 Stem 직선거리 이동에 따라 달라지는 유량의 특성을 곡선(혹은 직선)으로 나타낸 도표를 "Valve 특성곡선"이라고 부르지요.

(A1) 첫 질문에서 Opening이 두배 될때 유량이 두배 되는 특성을 가지는 밸브는 "Linear Valve"입니다.  Opening이 2배 되는 것과 Equivalent Diameter가 2배 되는 것은 다른 이야기입니다.  전자는 Linear Valve에 해당하는 이야기 이고 후자의 경우에는 배관길이가 두배가 되어 차압이 늘어난 상황을 말하는 것이어서 배경(주제내용)이 다른 차원의 이야기 입니다. 

또한.. "Equivalent Diameter"의 의미는 1 Velocity Head  (v2/2g에 해당)의 압력손실을 가지는 배관길이를 말합니다. 그러나 질문에서 설명한 내용은 마치 <관경>을 의미하는 것처럼 언급되어 있습니다.

Opening이 2배되어 유량이 2배가 되는 경우 배관에서는 유속이 2배가 되면 차압(압력손실)은 유속 제곱의 차압이 발생하게 되지요.

(A2) Valve Opening과 차압의 관계는 온도와 압력의 관계처럼 다른 이야기 입니다. 

(A3) Fanning Equation 에서는 길이가 0인 관에서의 압력손실은 0이 됩니다.  관경의 길이에 관한 함수라서 그렇습니다. 길이가 2배되는 것은 (같은 유량의 액상흐름의 경우) 압력손실이 2배로 늘어난 상황을 말합니다. 

동일 유량에 대해서 Fanning Equation에 의하면 D가 2배되는 경우 관의 면적이 4배가 되므로 Velocity가 1/4 로 줄어들게됩니다. 이로 인해 Reynolds No(=ρ*D*V/μ)는 1/2로 줄어듦니다. 이로인해 Friction Factor에 영향을 주게되고 대략  관경이 2배가 되면 압력손실은 대략 1/4로 줄어든다고 이해하면 됩니다.
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