CAE에 기반한 DACE 모델을 이용한 버터플라이밸브 디스크의 최적설계

Abstract

The butterfly valve has been used to control the switch and flux of fluid. While research about the characteristics of butterfly valve fluid have been done, study of the optimum design, considering structural safety, must keep pace with it. Thus, a method is proposed for an optimum butterfly valve. Initially, the stability of the butterfly valve, using FEM and CFD, is evaluated, and a variable is selected using the initial analysis results. Also, the shape optimization design is accomplished using the DACE model. In terms of research results, the experiment satisfied the objective and limitation functions.제조공정, 발전설비 등의 산업용 및 선박용으로 많이 사용되고 있는 버터플라이밸브는, 가스, 액체 등의 유체의 큰 흐름을 포함하는 개폐와 유량을 조절하는 목적으로 사용된다. 이러한 버터플라이밸브는 원관 내부에 설치된 원형 디스크를 회전시킴으로써 유량을 조절하는 구조로써, 볼밸브, 글로브밸브, 게이트밸브 등의 타밸브에 비하여 중량이 가볍고 공간을 작게 차지하며 완전 개폐 작동이 매우 빠르다는 장점이 있어 모든 산업 현장에 걸쳐 가장 많이 사용되고 있다. 또한, 최근에는 밸브 소재의 발달에 따라 초저온 천연가스의 유량조절에서부터 핵처리장치 퍼지밸브등의 특수용도에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 고온, 고압의 환경조건에서 사용되기 위해서는 기능성과 신뢰성 및 안전성이 모두 보장되어야하는 중요성을 가지므로 밸브의 설계 및 제조에는 고도의 기술이 요구된다. 지금까지 버터플라이밸브에 대한 연구들은 주로 압력손실계수, 토크특성, 유량제어 특성 등의 유동특성만을 고려한 수치해석적 연구와 PIV(Particle image velocimetry) 기법에 의한 실험적 연구 등이었다. Addy et al. (1985)은 압축성 유동의 제어에 사용되는 버터플라이 밸브의 성능에 대하여 연구하였고, Eom