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  압력밸런스 질문
  글쓴이 : kookuei   고유ID : kookuei     날짜 : 20-05-08 14:21     조회 : 110    
안녕하세요? 늘 도움 많이 받고 있습니다.
압력밸런스에 대한 궁금증이 있어 질문 드려봅니다.

서로 다른 압력을 가지는 유체가 합쳐질 때, 늘 엄격한 매스밸런스, 에너지밸런스, 압력밸런스를 가지는 것으로 이해하고 있었습니다. 합쳐진 유체의 후단에 따라 전체 압력손실을 시행착오법으로 계산하고요..
그런데, 후단이 대기압/진공탱크로 개방된 경우 등, 즉 임계유동 조건인 경우를 생각하다보니 조금 헷갈립니다.

예를 들어, 2barg로 운전되고 있는 탈기기로 5barg의 pegging 스팀이 공급되는 경우,
탈기기와 스팀배관의 연결부위의 압력밸런스는 어떻게 형성이 되는 걸까요?
지금까지는 밸브 등을 통해 탈기기 운전압력인 2barg까지 스팀압력도 조절되는 것으로만 생각을 해왔었는데, 압력조절이 없는 경우에는,
1) 과열증기의 임계압력비를 0.54로 가정하여 (2/0.54)=3.7barg의 스팀이 2barg의 탈기기로 음속으로 공급되는 걸까요?
2) 즉, 5barg의 pegging 스팀이 압력조절없이 2barg의 탈기기로 공급되는 것은 성립하지 않는 것일까요?
3) 그렇다면, 임계압력보다 낮은 3barg의 스팀은 2barg의 탈기기로 압력밸런스를 맞추지 않고 공급될 수 있는 것일까요? 탈기기에서 팽창하면서 압력이 유속으로 전환된다고 볼 수 있을까요?
4) 만약 3)이 성립한다고 하더라도, 서로 다른 압력을 가지는 '배관'이 합쳐지는 경우에는 팽창할 수 있는 부피가 확보되지 않으므로 성립되지 않는걸까요?

놓치고 있는게 있는 것 같은데, 한 번 헷갈리니 정리가 잘 안됩니다.



스테파노 Stefano   20-05-08 19:47
(1) 2barg로 운전되는 탈기기에 연결되는 5 barg 스팀의 연결관의 압력밸런스만 고려하면 됩니다.

공급스팀밸브 시트 전후에서 1차 임계압력으로 감압되고 그 압력으로부터 배관을 따라 탈기기 내부 연결노즐의 출구 직전까지 압력손실이 일어나고 다시 노즐 출구에서 2차로 또 다시 음속에 다다르게 됩니다.

따라서 밸브와 노즐출구에서의 절대압력이 음속이 될때의 압력을 구하고 연결배관에서는 Sub-sonic 상태의 흐름이 일어나지만 Macha N0. 1에 가까운 상태로 흐르면서 차압을 형성하고 노즐 출구에서 다시 음속에 도달한 후 즉시 탈기기 압력으로 떨어지는 현상이 나타날 것입니다

그러므로 대략  밸브 노즐에서 대략 6  bara-->3++bara로 되면서 음속에 도달하고 배관내에서 Subsonic 상태로 압력손실이 일어나고 탈기기 연결 출구부분에서 탈기기 압력에 해당하는 2 barg(3bara) 에 도달하게 됩니다. 

(2)질문내용중 3)에 해당하는 부분을 설명하면..
노즐 출구에서 2 barg 보다 높은 압력으로 공급되는 스팀은 탈기기보다 압력이 높기 때문에 흐름에 지장이 없습니다.
그러나 탈기기 압력보다 낮은 스팀은 유입될 수 없음은 당연한 일입니다  탈기기에서 스팀이 팽장되는것이 아니라 연결노즐 출구부분에서 감압될때 임계속도에 도달할 수 있지만 공급압력이 그리높지 않으면 임계속도에 도달하지는 않습니다.
kookuei kookuei   20-05-11 11:33
답변 감사합니다.!

(2)로 답변 주신 '탈기기에서 스팀이 팽창되는 것이 아니라 연결노즐 출구부분에서 감압'에 대한 추가 질문입니다.

1) 탈기기 압력이 2 barg이고 공급 스팀의 압력이 2.5 barg 또는 3 barg인 경우 각각 약 0.5 bar 또는 1 bar의 감압이 일어나는 것으로 읽었습니다. 노즐 출구에서의 압력손실이 스팀의 압력에 따라 다르게 형성된다는 것이 잘 이해가 안됩니다. 혹시 추가설명 해주실 수 있을까요?
Stefano    20-05-13 10:39
(1) 압축성 유체의 경우 압력이 떨어지면서 부피증가가 일어나 유속이 음속에 도달하면 더 이상의 부피증가가 일어나지 않고 도달된 음속에서 더이상 흐름증가나 유속증가가 일어나지 않습니다

(2) 추가 질문에서 노즐 출구에서 음속에 도달되지 않는 경우라면 공급처에서 노즐 끝까지 연결되는 배관에서의 압력손실은 "Subsonic Flow"구간에 해당하므로 배관내 압력차를 나타내는 차압만 형성되면서 흐르고 (음속이 아닌 상태에서) 그 때의 유량이 최대가  됩니다.  따라서  (음속에 도달하든지 그렇지 않던지 불구하고) 만일 압력차에 의해 유량이 제한되는 경우, 그 유량을 더 늘이고자 한다면 배관경을 늘여주면 됩니다.
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