생몰정보
소속
직위
직업
활동분야
주기
서지
국회도서관 서비스 이용에 대한 안내를 해드립니다.
검색결과 (전체 1건)
원문 있는 자료 (1) 열기
원문 아이콘이 없는 경우 국회도서관 방문 시 책자로 이용 가능
목차보기더보기
Title Page
Contents
ABSTRACT 6
CHAPTER 1. INTRODUCTION 8
1.1. Background 8
1.2. Multiphase pump 12
1.3. Motivations and Objectives 16
CHAPTER 2. BASE MODEL DESIGN 17
2.1. Selection of the pump type 17
2.2. Selection of the design specifications 23
2.3. Design of the base model 25
CHAPTER 3. NUMERICAL ANALYSIS METHOD 31
3.1. Computational Domain 31
3.2. Grid systems 33
3.3. Boundary Conditions 38
3.4. Numerical analysis schemes 41
3.5. Multiphase Flow Models 45
CHAPTER 4. EXPERIMENT METHOD 52
4.1. Experiment for single phase flow 56
4.2. Experiment for multiphase flow 56
CHAPTER 5. OPTIMIZATION METHODOLOGY 59
5.1. Design Variables 60
5.2. Design of Experiment 65
5.2.1. 2k factorial design(이미지참조) 65
5.2.2. Response Surface Method 66
CHAPTER 6. RESULTS AND DISCUSSION 70
6.1. Validation of Numerical Results 70
6.2. Effect of Design Variables 79
6.3. Results of Design Optimization 86
6.3.1. Optimization for Impeller 86
6.3.2. Optimization for Diffuser 104
6.4. Final Model Test 116
CHAPTER 7. CONCLUSION 121
7.1. Concluding Remarks 121
7.2. Suggestions for Further Work 125
REFERENCE 127
NOMENCLATURE 141
AUTHOR'S PUBLICATIONS 151
국문요지 162
Table 1. Design specifications for this study 24
Table 2. Design information of base model 28
Table 3. Information of the grid systems 37
Table 4. Specifications and uncertainty of a measurement device 55
Table 5. Uncertainty of the results calculated by measured data 55
Table 6. Initial design variables and ranges of the impeller 62
Table 7. Design variables and ranges of the diffuser 62
Table 8. Experiment sets of the impeller for 2k factorial design(이미지참조) 81
Table 9. Final design variables and ranges of the impeller 85
Table 10. Experiment sets of the impeller for RSM 88
Table 11. Experiment sets of the diffuser for RSM 106
Figure 1.1. Schematic diagram for development of well 10
Figure 1.2. Increase of the production rate applying pressurize system 14
Figure 1.3. Equipment structure according to the pump system 15
Figure 2.1. Category of a multiphase pump 19
Figure 2.2. Twin screw pump 20
Figure 2.3. Helico-Axial Pump 21
Figure 2.4. Electric Submersible Pump (ESP) 22
Figure 2.5. Meridional plane of a base model 27
Figure 2.6. Design of the inlet angle using the velocity triangle theory 29
Figure 2.7. 3D shape of the base model 30
Figure 3.1. Computational domain for the numerical analysis 32
Figure 3.2. Results of grid dependency test 35
Figure 3.3. Aspect ratio effect of numerical analysis for multiphase flow 36
Figure 3.4. CFD methods according to the analysis target 40
Figure 3.5. Concept of an element-based finite volume method 44
Figure 3.6. Schematic of the multiphase flow model 51
Figure 3.7. Particle types by shape 51
Figure 4.1. Durability evaluation for a hydraulic pressure 53
Figure 4.2. Prototype assembly 54
Figure 4.3. Schematic diagram of experimental apparatus... 57
Figure 4.4. Schematic diagram of experimental apparatus... 58
Figure 5.1. Algorithm for the optimization procedure 59
Figure 5.2. Initial design variables of the impeller 63
Figure 5.3. Design variables of the diffuser 64
Figure 5.4. Central composite design with three factors 69
Figure 6.1. Prototype of the base model 72
Figure 6.2. Performance curve for the base model 74
Figure 6.3. Comparative analysis of the internal flow characteristics 78
Figure 6.4. Main effect plot on design variable 83
Figure 6.5. Optimization result of the impeller 89
Figure 6.6. 3D shape of the optimum impeller 90
Figure 6.7. Performance curve for the optimum impeller... 92
Figure 6.8. Blade loading distribution at mid span... 95
Figure 6.9. Pressure contour at mid span (single phase flow) 97
Figure 6.10. Velocity vector at mid span (single phase flow) 99
Figure 6.11. Performance curve for the optimum impeller... 102
Figure 6.12. Air volume fraction on the meridional plane at GVF 10% 103
Figure 6.13. Optimization result of the diffuser 107
Figure 6.14. 3D shape of the optimum diffuser 108
Figure 6.15. Performance curve for the optimum model... 110
Figure 6.16. Stream line on the blade to blade plane at 10% span wise... 112
Figure 6.17. Performance curve for the optimum model... 115
Figure 6.18. Prototype of the final model 118
Figure 6.19. Performance curve for the base model 120
초록보기 더보기
유정에서 생산되는 원유는 오일, 가스를 비롯하여 해수, 모래 등의 다상의 물질들로 구성된다. 그로 인해 원유 생산량을 증가시키기 위해서 단상 펌프 시스템을 적용할 경우 원유의 구성 물질들을 분리시키기 위한 분리기가 요구된다. 반면에 다상 펌프 시스템을 적용할 경우 원유 분리를 위한 분리기가 요구되지 않기 때문에, 설비 구조가 간단하며 제작 및 설치비용을 절감시킬 수 있다. 따라서 최근 개발되고 있는 대부분의 유정에는 다상 펌프 시스템이 적용되고 있다. 다상 펌프는 다상으로 구성된 작동 유체를 다루기 때문에 일반적인 유체기계에 비해 높은 기술력이 요구되므로 기술력 확보를 위한 관련 연구들이 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.
본 논문은 다상 펌프에 대한 성능 평가 및 설계 방법에 대한 연구 결과이다. 연구 수행을 위하여 연구 대상 다상 펌프의 설계 사양을 선정하였으며 유체기계 설계 이론을 이용하여 기본 모델을 설계하였다. 설계된 기본 모델에 대하여 수치해석과 실험을 통한 성능 평가를 수행하였으며, 산출된 결과들에 대한 비교 검증 작업을 통해 수치해석의 신뢰도를 확보하였다.
연구 대상 펌프의 설계 사양 만족 및 성능 향상을 위해 수치해석과 실험계획법을 접목시킨 수치 최적화 기법을 도입하여 설계 최적화 작업을 수행하였다. 먼저, 임펠러와 디퓨져에 대한 초기 설계 변수들을 선정한 후 2k 요인 시험을 통해 펌프 성능에 큰 영향을 미치는 변수들을 최종 설계 변수로 선정하였다. 선정된 최종 설계 변수들에 대하여 반응표면기법을 이용한 최적화 작업을 수행함으로써, 설계 사양을 만족하면서 최고의 성능을 가지는 임펠러와 디퓨져의 설계안을 도출하였다. 최종적으로 도출된 설계안에 대하여 수치해석 및 시험을 통한 성능 평가를 수행한 결과, 연구 대상 설계 사양을 만족하였으며 기본 모델에 비해 매우 높은 성능을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
성능 향상의 원인을 분석하기 위해서 펌프 작동에 따른 내부 유동장 분석을 수행하였다. 단상 유동 적용 시 기본 모델에 비해 최적화 모델의 내부 압력 상승이 보다 원활하게 이루어지는 것을 확인할 수 있었다. 아울러 기본 모델의 입구 부근에서 존재하던 불균일 유동 성분들이 최적화 모델에서는 급격히 억제되었다. 또한 다상 유동 적용 시 최적화 모델의 압력 성능 증가로 의해 시스템 내부에 존재하는 기포분률이 급격히 감소하였다. 그에 따라 기포의 생성과 파괴 과정에서 발생하는 에너지 손실 성분들이 억제되어 다상 유동에 대한 성능이 급격히 상승하는 것으로 판단되었다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
도서위치안내: / 서가번호:
우편복사 목록담기를 완료하였습니다.
* 표시는 필수사항 입니다.
* 주의: 국회도서관 이용자 모두에게 공유서재로 서비스 됩니다.
저장 되었습니다.
로그인을 하시려면 아이디와 비밀번호를 입력해주세요. 모바일 간편 열람증으로 입실한 경우 회원가입을 해야합니다.
공용 PC이므로 한번 더 로그인 해 주시기 바랍니다.
아이디 또는 비밀번호를 확인해주세요
