Numerical Analysis on the Compressible Flow Characteristics of Supersonic Jet Caused by High-Pressure Pipe Rupture Using CFD

1. 서 론

초음속제트는 고압의 유체가 음속보다 빠르게

분출되면서 발생하는 유동으로 압축성유동이 수 반되므로 유체유동의 난류혼합 열 및 물질전달, , 압축효과 충돌 등의 여러 복잡한 현상들을 규명, 하기 위해 풍동 가시화실험이나 전산해석 등을 통한 많은 연구가 진행되어 왔다 그 유래를 살.

<학술논문> DOI https://doi.org/10.3795/KSME-B.2017.41.10.649 ISSN 1226-4881(P rint)

2288-5324(Online)

를 이용한 고압파이프 파단 시 초음속제트의 CFD

압축성유동 특성에 관한 수치해석

정종길^* · 김광추^**· 윤준규^*

가천대학교 기계공학과 한국전력기술 주 기계기술그룹

* , ** ( )

Numerical Analysis on the Compressible Flow Characteristics of Supersonic Jet Caused by High-Pressure Pipe Rupture Using CFD

Jong-Kil Jung^*, Kwang-Chu Kim^** and Jun-Kyu Yoon^*

* Dept. of Mechanical Engineering Gachon Univ.

** Mechanical Engineering Department, KEPCO-E&C

(Received February 15, 2017 ; Revised July 13, 2017 ; Accepted August 15, 2017)

Key Words: Supersonic Jet(초음속제트), Compressible Flow(압축성유동), Shock Wave(충격파), Blast Wave

폭풍파 고압파이프 전산유체역학

( ), High Pipe( ), CFD( )

초록 고압의 파이프 파단 시 파이프 내에 있던 유체가 고속으로 대기로 분출될 때 압축성유동을 동반: 하는 초음속제트가 발생한다 이러한 초음속제트는 일반적으로 복잡한 비정상거동을 보여줄 수 있다. . 본 연구는 이러한 고압파이프에서 분출되는 초음속제트에 의해 생성되는 압축성유동을 고찰하기 위하 여 전산유체역학 해석이 수행되었다 분출기체의 종류 및 파이프직경 변화에 따른 비정상유동 특성을. 해석하기 위해 SST    난류모델이 채택되었다 전산해석 시 기본 경계조건은 파이프직경. 10cm, 제 트 압력비 5, 기체온도 300 로 가정하였다K . 그 해석결과로 초음속제트로 인해 생성되는 충격파의 거동 이 관찰되었고 간접적인 영향으로 폭풍파도 발생됨을 알 수 있었다 기체의 분자량이 가장 작은, . H_의 압력파 특성은 안전영역까지의 거리가 가장 짧았으며 분자량이 비슷한, N2, 공기 및 O2는 큰 차이가 없 었다 또한 파이프직경이 커져 제트에 의한 영향범위도 더욱 증대됨을 알. 수 있었다

Abstract: A rupture in a high-pressure pipe causes the fluid in the pipe to be discharged in the atmosphere at a high speed resulting in a supersonic jet that generates the compressible flow. This supersonic jet may display complicated and unsteady behavior in general . In this study, Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis was performed to investigate the compressible flow generated by a supersonic jet ejected from a high-pressure pipe. A Shear Stress Transport (SST) turbulence model was selected to analyze the unsteady nature of the flow, which depends upon the various gases as well as the diameter of the pipe. In the CFD analysis, the basic boundary conditions were assumed to be as follows: pipe of diameter 10 cm, jet pressure ratio of 5, and an inlet gas temperature of 300 K. During the analysis, the behavior of the shockwave generated by a supersonic jet was observed and it was found that the blast wave was generated indirectly. The pressure wave characteristics of hydrogen gas, which possesses the smallest molecular mass, showed the shortest distance to the safety zone. There were no significant difference observed for nitrogen gas, air, and oxygen gas, which have similar molecular mass. In addition, an increase in the diameter of the pipe resulted in the ejected impact caused by the increased flow rate to become larger and the zone of jet influence to extend further.

Corresponding Author, [email protected] 2017 The Korean Society of Mechanical Engineers

Ⓒ

펴보면 Bowden과 Brunton⁽¹⁾이 고속으로 비행하는 항공기가 빗물로 인하여 표면이 깎이면서 변형되 는 현상을 관찰하게 되어 초음속제트에 대한 연 구의 필요성을 갖게 되었고 다양한 공학 응용분, 야에 적용되고 있으며, 우주항공 및 연소기술 등 에서도 광범위한 잠재력을 보이고 있다 특히 고. 압유체를 이용한 초음속제트 기술을 재료의 세척 및 절단 등⁽²⁾의 물리적인 현상에 응용함으로써 발전시키고 있다 이와 관련된 연구로. Jin 등⁽³⁾은 차원 비정상 전산유체역학을 이용하여 고속철도 3

차량이 경부선 터널진입시 터널내부의 압력을 압 축파 파형으로 분석 및 현장시험과의 비교 분석 을 통하여 압력파의 2차 상승이 차체의 표면 마 찰력에 크게 의존한다는 것을 보였고, Kim 등⁽⁴⁾ 은 균일 혼상류모델을 이용한 다상유동해석을 통 하여 비응축가스를 이용한 환기공동이 포함된 초 공동 수중운동체 해석결과와 연소가스의 온도효 과를 고려한 해석결과를 도출하여 환기공동조건 에서 높은 분사속도를 가진 경우 공동의 불안정 성을 보였다 또한. Lee 등⁽⁵⁾은 Roe의 근사 리만 솔버를 적용하여 1차원 압축성 공기유동을 모사 하였으며 오일러방정식으로 해석하여, Roe의 근 사 리만 솔버가 충격파관 해석에 있어서 유동의 충격파를 전달하는 특성이 올바르게 모사되는 것 을 보여 해석시간을 단축시키고 사용 제원의 최 소화하였다. Park 등^(6,7)은 직경이 서로 다른 마이 크로 충격관에서 발생하는 충격파특성을 고찰하 기 위해 파막압력을 변화하여 분석한 결과로 동 일한 파막압력에서 충격관의 직경에 따라 충격파 의 전파속도가 증가하였고 직경이 큰 경우가 반, 사충격파의 전파속도가 더 빠름을 보였으며 격, 막두께가 두터운 경우가 가장 느린 충격파를 발 생시키는 것을 보여주었다 이와 같이 과거의 연. 구들은 대부분 물체주위에서 발생하는 정상상태 의 충격파에 관한 연구가 주를 이루고 있으며, 배관 파단으로 인한 초음속제트의 비정상거동에 따른 유동특성 및 동적영향에 대한 연구는 부족 한 실정이다 이에 본 연구에서는 고압파이프에. 서 분출되는 초음속제트의 압축성유동 특성을 고 찰하고자 수치해석을 수행하였으며, 난류모델의 타당성은 Mohamed와 Paraschivoiu⁽⁸⁾의 선행연구결 과와의 비교를 통해 검증하였고 제트의 비정상, 거동 및 제트가 주위 구조물을 타격하는 사고에 대비한 안전범위를 고찰하고자 하였으며 분출기,

체의 종류 및 파이프직경 변화에 따른 유동특성 을 파악하고자 하였다.

2. 이론해석

2.1 해석모델

본 연구에서는 ANSYS v.16의 전처리 프로그램 인 Design modeler를 이용하여 고압파이프의 형상 과 해석영역을 모델링하였으며 해석영역에 대한, 모델링은 Fig 1에 나타내었다 또한. Table 1에 나 타난 바와 같이 고압파이프의 직경(D)은 10cm이 다. 해석영역은 폭풍파(Blast wave) 및 충격파 의 유동특성을 충분히 고찰하기 위 (Shock wave)

해 파이프를 중심으로 제트 진행방향으로 파이프 직경의 50배까지 범위를 확대하여 설정하였다.

지배방정식 2.2

본 연구의 초음속제트 유동은 3차원 비정상 압 축성 난류유동으로 가정하고 적용되는, 고압기체 는 이상기체로 고려하여 해석을 진행하였다. 또 한 유동장 분석에 사용된 지배방정식은 다음과 같다.

연속방정식 -



  _

 _   (1)

Table 1 Configuration of analysis domain

Item Section Size

Pipe dia. [cm] Standard 10 Analysis scale X axis 50D x 2

Y axis 50D x 2 + D

Fig. 1 Geometry of high pressure pipe configuration and analysis domain

운동량방정식 -



^_{ }



 __  _

  _

_

(2)

에너지방정식 -



_{ }

_

 ^ _{ }











여기서 는 밀도, _는 속도, _는 열전도계 수,  는 총에너지, _는 전단응력텐서를 나타낸 다 수치해석을 위한 난류모델로는. Kam과 Kim⁽⁹⁾ 의 기존연구에서 나타난 결과와 같이 다른 RANS 난류모델중에서 (Reynolds Averaged Navier-Stokes)

가장 우수한 결과를 보여준 SST(Shear Stress Transport)    난류모델을 채택하였다 난류 지. 배방정식은 다음과 같다.⁽¹⁰⁾

난류 운동에너지방정식 -



 _

 ^_{ }











난류소산율 수송방정식 -



  _

 ^_{ }











(5)

여기서 _는 평균속도구배에 의한 난류에너지 생성항이며, _는  의 생성항, 와 _는  와

 의 유효확산율을 나타낸다. _와 _는 난류로 인한  와  의 소산율을 나타내며, _는 교차 확산항, _ 및 _는 사용자의 정의항이다.

또한 밀도는 다음과 같은 상태방정식들로 부터 구해지며, 식 (6)은 이상기체 상태방정식(Ideal 을 나타내고 식 은 실제기체 상태방 Gas Law) , (7)

정식(Real gas Law)을 나타낸다.⁽¹⁰⁾

  







_

(6)

_{ }

   

  ^  

 (7)

여기서 _는 국소압력,  는 게이지압력, _ 는 절대압력,  은 기체상수, 는 기체의 분자

량,  는 기체온도,  는 특정 몰 부피,  , ,  ,

 및  는 Aungier의 실제기체 방정식⁽¹¹⁾에 의해 설정된다.

2.3 수치해석

본 연구는 고압파이프로부터 분출되는 기체에 대한 압축성유동을 고찰하기 위하여 CFD 상용프 로그램중 FLUENT v16.1을 사용하여 해석을 진행 하였다. Fig. 2는 ANSYS Workbench의 Design 및 를 통하여 모델링한 해석영역에 modeler Mesh

대한 격자계의 구성을 나타낸 것이다.

는 격자의 품질을 나타낸 것이다 해석

Table 2 .

의 신뢰도를 높이기 위하여 품질이 가장 좋은 형 상인 사각형(Quadrilateral) 격자를 사용하였고 원, 통 형태라는 형상의 특성을 반영하여 축대칭

조건을 부여함으로써 총 격자

(Axisymmetric) 50

만개를 사용하여 3차원해석 계산시간을 기존 계 Table 2 Quality of mesh

Type Only quadrilateral

Total mesh. number 500,000 Orthogonal quality 1 (Min.)

Skewness 0 (Max.)

Aspect ratio 1 (Max.)

(a) Mesh system

(b) Expanded mesh

Fig. 2 Composition of mesh system

산시간보다 절약할 수 있었다 기본 경계조건은. 기체온도 300 K, 제트압력비 5로 하였으며 밀도, 함수는 이상기체법칙 점성함수는, Sutherland 점성 법칙을 사용하였다 또한 해석의 신뢰도를 높이. 기 위하여 모든 해석에서 계산변수에 대하여 잔 차(Residual values) 계산값이 ^{ } 이하일 때를 수렴판정으로 선정하였으며 매, Time step마다 15 회 이상 반복계산을 수행하도록 하였다. Table 3 은 해석조건 및 변수들을 나타내었으며, Table 4 는 고압기체의 물리적 성질을 나타낸 것이다.

결과 및 고찰 3.

수치해석 검증 3.1

본 연구에서는 Mohamed와 Paraschivoiu⁽⁸⁾의 충 격파관에 대한 선행연구와 비교 및 분석하기 위 해 동일한 형상의 파이프 직경( 10cm, 길이 1 m) 형상을 모델링하였다 파이프 중간위치를 기준으. 로 정하여 좌우측의 압력을 각각 50 MPa, 10

로 설정하여 해석하였다 그 결과로 선행연구

MPa .

의 결과값과 SST    난류모델을 설정한 해석 값이 매우 근사한 값을 얻음으로써 본 연구의 수 치해석에 대한 타당성을 검증할 수 있었으며,

과 는 해석결과를 나타내었다

Fig. 3 Fig. 4 . Fig. 4 에 나타난 바와 같이 압력강하와 온도의 급변하 는 위치도 동일한 점을 보아 본 연구에 사용된 수치해석방법이 압축성유동의 가장 큰 특성인 충 격파를 잘 관찰하고 있다는 것을 알 수 있다.⁽¹²⁾

초음속제트의 유동특성 3.2

일반적으로 고압파이프에서 대기로 분출하는 초음속제트유동에 의하여 생성되는 충격파의 영 향은 고압의 크기와 제트 시점에 따라 다르게 나 타난다. Fig. 5는 파이프직경 10cm, 제트압력비 5, 고압기체를 공기로 선정하여 시점 3.1ms에서 압 축성유동이 초기시점에서부터 생성되고 발달되어 가는 충격파들의 거동을 나타낸 것이다. Fig. 5(a) Table 3 Setting conditions for analysis

Item Conditions Detailed setting

Solver FLUENT Density-based

Turbulence model

RANS 2

equation SSTk 

Time Transient  × ^{ }

Temperature Default 300 K

Jet pressure

ratio Variable 5

Pipe dia. [cm] Variable 10, 20, 30

2D Space Axisymmetric

Table 4 Physical properties of gases Gas

Item Air ^O N_ H_

Molecular

mass [kg/kmol] 28.97 31.99 28.02 2.016 Critical

temperature [K] 132.65 154.55 126.15 33.15 Critical pressure

[Mpa] 3.771 5.046 3.394 1.297 Density at 300K

[kgm^] 1.1767 1.1998 1.1379 0.0818 Sonic velocity

at 300K [m/s] 347.2 329.9 353.1 1318.4

Fig. 3 Temperature characteristics according to pipe distance

Fig. 4 Total pressure and temperature characteristics as to pipe distance

는 고압의 공기가 초음속제트로 분출될 때의 속 도벡터를 나타낸 것으로 초음속제트로 인해 형성 되는 압축성유동의 결과로 충격파가 관찰되었고, 초음속제트의 간접적인 영향으로 제트 전방에 폭 풍파가 발생됨을 알 수 있다 이 폭풍파는 충격. 파와는 달리 분출 유동과 직접적인 접촉이 없이 유동주위에 공기가 밀리면서 생성되는 파동으로 구(Sphere)의 형태로 퍼져나가는 것을 알 수 있 다 또. 한 Fig. 5(b)는    인 충격파를 확대하 여 나타낸 것으로 압축성유동의 영향이 가장 큰 중심부에 수직충격파(Mach disk)가 생성되었으며, 파이프 끝단부터 수직충격파까지 이어지는 바렐 충격파(Barrel shock)의 형태 또한 관찰이 가능하 다 그리고 제트의 양 끝단에는 중심부의 밀고. 나가는 힘이 강하기 때문에 유동과 대기의 마찰 로 인하여 와류고리(Vortex ring) 또한 생성되었음

을 관찰할 수 있었다.

은 시점 에서의 제트출구로부터 제 Fig. 6 70 ms

트방향으로의 무차원길이(L/D)에 따른 압력비율 (_) 및 Mach수 특성을 나타낸 것이다 여기. 서 _는 특정시간에 따른 전압력이며, _는 초 기 전압력(Source pressure)이다 그 결과로. 제트가 분사하는 초기위치에서 Mach수가 1.0 이상을 유지 하면서 충격파의 생성으로 압축과 이완이 반복되 는 불규칙한 파동(Fluctuation)현상⁽¹³⁾이 나타났다. 또한 충격파가 생성 가능한 지점(   까지의) 영역 중에 압력비율이 1.0값을 유지하다가 L/D가 약 7 이상이 되면 제트의 영향이 급격히 감소하 며, L/D가 약 10 이상이 되면 Source Pressure는

까지 감소됨을 알 수 있었다

20% . 여기서 20% 이

상의 제트압력이 도달하는 지점까지는 구조물의 하중측면에서 주의가 요구되는 영역이라고 생각할 수 있으며 이후 제트의 영향 거리는, 30~40배⁽¹⁴⁾ 까지도 도달하기는 하나 압력비율 20% 이하로 떨어져 구조물에 영향이 그리 크지 않을 것으로 판단된다 따라서. 본 해석결과를 정리해보면 제 트에 의한 영향범위를 3단계로 나눌 수 있다. 단1 계영역은 압력비율 __≅1로 거의 일정하게 유지되면서 에너지손실이 없는 영역으로 위험영 역(Dangerous zone)이고, 2단계영역은 __가 큰 폭으로 감소되어 0.2까지 진전되는 주의영역 이며 마지막으로 단계영역은 (Warning zone) , 3

__가 0.2 이하로 제트의 영향을 크게 받지 않 아 안전영역(Safety zone)으로 구분할 수 있었다. 따라서 고압시스템의 안전설계시 고압기체의 통 로주변에 파열사고에 따르는 2차 사고를 예방하 는 안전영역을 고려한다면 큰 도움을 줄 것으로 (a) Vector plot of shock wave and blast wave

(b) Contour of vortex ring

Fig. 5 Supersonic jet flow fields generated by high

pressure pipe at 3.1 ms Fig. 6 The relationship between pressure ratio and Mach number at 70 ms

사료된다.

밀도법칙에 따른 수치해석의 적합성 3.3

일반적으로 수치해를 구할 때 이상기체로 가정 하여 계산하는 것이 보편적이나 이상기체는 실제 로 존재하지 않기 때문에 이를 보완하기 위해 실 제기체 밀도법칙을 적용하여 계산할 수 있다 그. 러나 실제기체 밀도법칙은 실험 결과치와 접근하 는 정확도는 높지만 연구영역경계를 넘지 못하는 불편함이 있다 따라서 본 연구에서는 실제기체. 밀도법칙의 비교결과를 검토하기 위해 제트의 영 향이 연구영역의 경계까지 진행되는 시점인 13.7 로 선정하였다 은 기본 사양인 파이프직 ms . Fig. 7

경 10cm, 제트압력비 5, 고압기체를 공기로 하였 을 때 밀도법칙을 실제기체와 이상기체로 적용하 여 해석한 Mach수와 밀도의 특성을 나타낸 것이 다 그 결과로 해석값의 차이가 미미하여 수치해.

석방법에 이상기체법칙을 적용해도 무방할 것으 로 사료된다.

기체에 따른 유동특성 3.4

은 파이프직경

Fig. 8 10cm, 제트압력비 5로 설 정한 후 고압기체 변화에 따른 제트부의 무차원 길이(L/D)에 따른 압력비율(__)의 특성을 나 타낸 것이다. 여기서 고압파이프에서 분출되는 초음속제트의 주체가 연구영역을 벗어나는 시점 인 70ms를 고려하여 이 시점 이후의 결과는 정 상상태 해석결과와 동일함으로 압축성유동의 발 달을 관찰하기 위하여 70ms 시점을 결과 시점으 로 선정하였다 그 결과로 공기보다 가벼운 기체. 들은 분자량이 작을수록 초기의 가속은 크지만 가속이 큰 만큼 생성되는 압축파들의 에너지는 증가하여 에너지변환에 의한 손실이 많아 급격하 게 압력강하가 일어남을 알 수 있었다 즉 분자.

(a) Mach number

(b) Density

Fig. 7 The comparison of ideal gas law and real gas law at 13.7 ms

Fig. 8 Pressure ratio and characteristics according to gas variation at 70 ms

Fig. 9 Mach number characteristics according to gas variation at 70 ms

량이 가장 작은 H_의 경우에 초기속도가 가장 빠른 유동특성을 나타내지만 안전영역까지 도달 거리는 가장 짧은 것으로 확인되었다. Fig. 9는 고압기체 종류에 따라서 무차원길이(L/D)에 따른 수 특성을 나타낸 것이다 그 결과로 압력비

Mach .

율(_) 특성과 비슷한 경향으로 분자량이 작 은 기체일수록 Mach 의 안전영역(   인 영수 ) 역까지의 거리가 단축됨을 알 수 있었다. 결과 적으로 기체의 밀도가 낮은 H_>N_>공기>O_ 순 으로 안전영역이 빨리 도달하는 것을 알 수 있었

1 ms 3 ms 8.2 ms 12.7 ms

(a) Air case

1 ms 3 ms 8.2 ms 12.7 ms

(b) Hydrogen case

1 ms 3 ms 8.2 ms 12.7 ms

(c) Nitrogen case

1 ms 3 ms 8.2 ms 12.7 ms

(d) Oxygen case

Fig. 10 Behaviors of shock wave and blast wave according to gas variation

다 또한. N_와 공기 및 O_는 분자량이 큰 차이 가 없으므로 거의 유사한 유동특성을 나타냄을 알 수 있었고 작은 분자량의 차이에도 불구하고 안전영역이 달라지는 것을 관측하였다.

은 고압기체 변

Fig. 10 화에 따른 초음속제트의 유동발달과정을 보여주기 위해 Time step에 따른 충격파 및 폭풍파을 나타낸 것이다 제트 분출. 후 제트 전단에 대기 중의 공기가 밀리면서 형성 된 폭풍파는 구 형태로 계속하여 퍼져나간다 제. 트 앞쪽에 발생된 충격파는 폭풍파와는 달리 시 간이 진행되어도 위치가 거의 변화가 않는다 초. 기 1 ms 시점에서의 압력파는 다소 유사한 양상 을 보인다 하지만 시간경과에 따라 분석한 결과. 를 살펴보면 차이가 있음을 알 수 있다. H2의 경 우 3ms 시점에서 볼 수 있듯이 분자량이 가장 작아 초기 분출시의 에너지가 가장 강하기 때문 에 폭풍파의 영역이 가장 뚜렷하게 나타난다 또. 한 12.7ms 시점을 볼 때 해석영역의 끝단까지 폭 풍파가 가장 빠르게 진행해 있음을 관찰할 수 있 었다 하지만 분출부분에서의 압력파는 가장 먼. 저 둔화되어 옅어지게 나타나는 것을 확인할 수 있었다 이는. Fig. 8과 Fig. 9의 압력비율과 Mach 수 특성에서 나타난 바와 같이 분자량이 작은 H2

의 경우가 초기에 빠르고 크게 진폭이 나타난 이 유이기도 하다 또한. N2의 경우는 공기와 비교하 여 충격파 및 폭풍파의 거동이 유사하게 진행되 는 것을 관찰해 볼 수 있었고, O2의 경우는 공기 보다 압력파 현상이 다소 늦게 진행되어 퍼져나 가는 경향을 나타냄을 알 수 있었다 이 또한 분. 자량이 유동특성에 영향을 미치는 부분이라고 판 단된다.

파이프직경에 따른 유동특성 3.5

은 분출기체를 공기로 선정하고 동일한 Fig. 11

제트압력비 5에서 파이프 직경에 따른 제트부의 무차원길이(L/D)에 따른 압력비율(__)의 특성 을 나타낸 것이다 그 결과로 파이프 직경이 커. 질수록 위험영역이 넓어지는 것을 볼 수 있다.

이는 파이프직경이 커질수록 분출면적이 넓어져 공기유량을 증대시키게 되고 이로 인해 분출기체 들의 운동에너지 및 관성력이 증대되어 위험영역 의 영향범위가 더 멀리까지 나타나는 것으로 사 료된다 그러나 파이프 직경의 크기에 비례하여. 주의영역이나 안전영역까지의 거리가 선형적으로 증대하지는 않는 것으로 나타났다.

4. 결 론

본 연구에서는 고압파이프의 파단에 의해 분출 되는 초음속제트로 인한 비정상 압축성거동과 고 압기체의 종류 및 파이프직경 변화에 따른 유동 특성을 수치해석적으로 고찰하여 다음과 같은 결 론을 얻을 수 있었다.

(1) 압축성유동 평가에서 사용한 SST    난 류모델을 기존연구의 결과와 비교하였을 때 근사 한 차이를 보여 난류모델의 타당성을 확인하였다.

고압파이프 파단 시 분출되는 초음속제트로 (2)

인해 생성되는 압축성유동에서 충격파의 형상이 관찰되었고 이 충격파의 간접적인 영향으로 인, 해 폭풍파도 발생됨을 알 수 있었다.

기체의 분자량이 클수록 초음속제트로 인한 (3)

안전영역까지의 거리가 증대됨을 알 수 있었다.

동일한 제트 압력비에서 파이프직경이 커질 (4)

수록 영향거리 또한 증가하는 것으로 나타났으 나, 파이프직경의 크기에 비례하여 위험영역과 안전영역이 선형적으로 증대하지는 않는 것으로 나타났다.

본 연구의 결과를 토대로 다양한 유체 및 제트 형상 등의 유동인자들에 따른 충격파 및 폭풍파 의 영향범위에 관한 실험 및 CFD 해석연구가 병 행된다면 고압시스템의 안전설계에 큰 도움을 줄 것으로 사료된다.

참고문헌

(References)

(1) Bowden, F. P. and Brunton, J. H., 1958, “Damage to Solids by Liquid Impact at Supersonic Speeds,”

Nature, Vol. 181, No. 4613, pp. 873~875.

Fig. 11 Pressure ratio characteristics according to pipe diameter at 70 ms

(2) Jeong, S. M. and Jang, S. M., 2012, “A Design and Development of Multi Air Gun for Suction and Shooting a Jet of Compressed Air,” Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 13, No. 11, pp. 4944~4949.

(3) Jin, Y. M., Kwon, H. B., Hong, S. W. and Rho, J. H., 2015, “A Study of the Viscous Effect to the Compression Wave When a High-speed Train Passing Through the Tunnel,” Korean Society for Railway, 2015(1), pp. 652~657.

(4) Kim, D. H., Park, W. G. and Jang, C. M., 2012,

“Numerical Multi-phase Flow Analysis for High- speed Underwater Vehicle with Compressible Effect,” Korean Society of Computational Fluids Engineering, 2012(2), pp. 119~122.

(5) Lee, S. S. and Park, K. R., 2013, “Numerical Analysis for Shock Wave Propagation in Tube,”

The Wind Engineering Institute of Korea, Vol. 17, No. 3, pp. 85~91.

(6) Park, J. O., Kim, G. W. and Kim, H. D., 2013,

“Experimental Study of the Shock Wave Dynamics in Micro Shock Tube,” Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, Vol. 17, No. 5 pp.

54~59.

(7) Park, J. O., Kim, G. W. and Rasel, M. A. I. and Kim, H. D., 2015, “Experimental Study of Micro

Shock-tube Flow,” Trans. Korean Soc. Mech. Eng.

B, Vol. 39, No. 5 pp. 385~390.

(8) Mohamed, K. and Paraschivoiu, M., 2004, “Real Gas Numerical Simulation of Hydrogen Flow,”

International Energy Conversion Engineering Con- ference Technical Papers, pp. 727~740.

(9) Kam, H. D. and Kim, J. S., 2013, “Assessment and Validation of Turbulence Models for the Optimal Computation of Supersonic Nozzle Flow,”

Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, Vol. 17, No. 1, pp. 18~25.

(10) ANSYS FLUENT Theory Guide 16.1 ANSYS Inc., 2016

(11) Aungier, R. H., 1995, “A Fast, Accurate Real Gas Equation of State for Fluid Dynamic Analysis Applications,” J. Fluids Eng 117(2), pp. 277~281.

(12) Anderson, J. D., 2011, “Fundamentals of Aero- dynamics,” Fifth Edition, Mcgraw Hill, pp. 515~

543.

(13) Yu, Q. and Gronig, H., 1996, "Shock Wave from an Open-ended Shock Tube with Different Shapes,"

Shock waves, Vol. 6, No. 5, pp. 249~258.

(14) ANP-10318NP, Revision. 1, 2013, "Pipe Rupture External Loading Effects on U.S. EPR Essential Structures, Systems, and Components," Technical Report of AREVA NP Inc.