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  압력탱크에 압축가스 충전 시, 유속 Guide 문의
  글쓴이 : 화공늅늅이   고유ID : elkye     날짜 : 22-08-01 14:13     조회 : 195    
   20220801_115841.jpg (93.5K), Down : 4, 2022-08-01 20:02:29
안녕하세요?
혼자 고민해봐도 해결 안되는 부분이 있어 선배 엔지니어분들에게 문의 드립니다.

Air Receiver Tank는 전단 Air Booster를 통하여 압축된 Air를 저장하는 Tank 입니다.
평상시에는 Air Receiver Tank의 압력이 낮아지면 Air Booster가 작동하여 14 kg/cm2g의 압력이 되도록 운전되지만, T/A 후 Start-up 시에 Air Receiver Tank를 빠르게 충전하기 위하여 Air Booster By-pass Line을 신설하여 IA Line의 압력인 7.0 kg/cm2g 까지 Air Receiver Tank를 빠르게 충전 후에 Air Booster 를 통하여 14 kg/cm2g 까지 AIr 충전하고자 합니다. (이미지 파일 첨부하였습니다)
- IA Line의 압력 : 7.0 kg/cm2g
- Air Receiver Tank의 압력 : ATM (Start-up 시)
                                      : 14 kg/cm2g (Nor. 운전 시)
- Air Booster의 Inlet 압력 : 7 kg/cm2g
                    Outlet 압력 : 14 kg/cm2g

Q1. "압력차가 절대압력으로 입구 압력의 대략 1/2 이하로 떨어지면 음속에 도달한다"라고 스테파노님이 다른 질문글에 댓글로 작성하신 것을 봤는데, 왜 음속이 되는 것인지 문의 드립니다.

Q2. Q1을 인용하면 현재의 경우도 IA Line 압력(7kg/c2mg)과 Air Receiver Tank의 Start-up 시 압력(0 kg/cm2g)의 △P는 1/2 이상이므로 Air가 음속으로 흐를 텐데 배관 내 Erosion, 진동, 소음 등이 발생할 것으로 보입니다. 이처럼 배관 내 Gas가 음속으로 흐를 때 공정상 문제가 없는지? 혹은 특정 압까지 Let down 시켜줘야 하는지 등 설계 Guide가 있는지 문의 드립니다.



스테파노 Stefano   22-08-01 23:29
(1)  Compressible Fluid의 Nozzle에서의 최대 유속은 노즐 통과 및 팽창직후 Mach. No. 1 즉 음속에 달할때가 됨을 설명한 내용을 이곳을 참고하세요.  (이전에 이곡 게시판 어딘가에서도 설명한 적이 있었고  Perry Handbook 8th Ed. 6-22~6-24 페이지 부분에도 자세히 설명되어 있습니다. )

https://studylib.net/doc/8172172/che-253m-experiment-no.-2-compressible-gas-flow-theory

여기에 의하면  입구 절대압력 대비 출구의 절대압력의 비  r (=P2/P1) 값은    { 2/(k+1) }^(k/(k-1))  일 때  노즐 출구유속이 Mach No. 1에 도달할 경우에 해당합니다.  여기서  k는  Isentropic Exponent로  정압비열/정용비열의 비를 나타냅니다.

(2) 이에 따르면 기체의 k 값에 따라 달라지는데  k=1.4인  Air는  r =0.528  에서  음속에 도달하겠지요.   
Sonic Velocity에 도달하면  소음이 크게 증가하는데  소음이 심한 경우라면 단계적 감압장치에 의해  r값이 대체로 대략 0.5 이상이 되도로 하는 것이 요령입니다.  다른 기계적 문제는 없습니다 . 

다른 참고자료
Choked Flow
https://www.okeefecontrols.com/wp-content/uploads/Understanding-Choked-Flow-of-Gases-5.17.21.pdf
화공늅늅이 elkye   22-08-02 10:13
빠른 답변 감사드립니다 :)
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