편심율과 전단 직관부 거리가 오리피스의 유출계수에 미치는 영향에 대한 실험적 연구

Abstract

오리피스를 이용한 유량 측정 방법은 가장 고전적이고 객관적인 측정 방법 중 하나로 최근 개발되고 있는 고정밀 유량계에 비해 정밀도 및 설치 조건의 탄력성 면에서 다소 불리하지만 구동 부품의 부재(不在), 다양한 피측정 유체 및 광범위한 운전 조건하에서의 적용 풍부한 실험 데이터에 의한 정량화와 규격화 등의 많은 장점으로 인해 아직도 많은 산업 영역에서 다양하게 적용되고 있다. 오리피스를 유량 측정에 사용함에 있어서 결정적인 제약으로 작용하는 설치조건이 있는데 그것은 바로 측정의 정확도 담보를 위해 충분한 직관부 거리를 확보해야 한다는 것이다. 오래 전부터 그리고 지금까지 많은 선행 연구자들이 이 문제를 해결하기 위해 부단한 노력을 경주해 왔으나, 현재까지는 유동 스트레이트너(straightener)나 스월러(swirler)와 같은 부가적인 장비를 삽입하는 것이 유일한 방법으로 알려져 왔다. 하지만 본 연구에서는 부가적인 장비의 삽입 없이 오리피스의 편심율과 직관부 거리와의 관계를 규명함으로써 직관부가 충분치 않은 환경에서도 국제 표준에 규정된 유출계수를 확보하기 위한 방법을 제안하였다. 연구 결과 90도 곡관에 의해 단순 교란된 유동이 오리피스에 가해질 경우 전단 직관부가 짧을수록 더 큰 편심율을 가지는 오리피스를 사용하면 규정된 값에 매우 근접한 유출계수를 확보할 수 있었고, 전단 직관부 거리에 따라 편심율을 조정하면 신뢰할만한 유량 계측이 가능하다는 사실을 확인할 수 있었다.; Orifice is one of the most classical and objective method for measuring flow rate. It is standardized by ISO, so we can easily measure flow rate by using orifice. Furthermore, it has so many merits that widely used in industrial applications. But there is one thing that restrict its availability, the straight length of upstream face of orifice. If the straight length is not enough, the accuracy of orifice extremely decrease. So it is very important to secure the straight length for reliable measurement. It has been researched for long time to overcome the defects, but insertion of additional instrument was regarded as the only way to solve the problem. But this research made an attempt to measure a flow rate by using the eccentric orifice, under fluctuating condition instead of inserting additional instrument. Consequently, this research examined the relation between the eccentricity and straight length to guarantee the discharge coefficient that is regulated in ISO. The shorter straight length, the larger eccentricity. If e=20%, the minimum straight length between 90° elbow and orifice is 17D. But when e=100%, the minimum straight length between 90° elbow and orifice diminish up to 8D. So, if the straight length, secured, is 8D to 17D, the eccentricity 20% to 100% is recommended to acquire a reliable discharge coefficient, regulated in ISO, intuitively.