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SUMMARY
Contents
목차
제1장 연구개발과제의 개요 12
1. 연구개발 목적 12
가. 연구 개발 목적 12
2. 연구개발의 필요성 12
가. 전 세계적인 자원개발 경쟁에 능동적인 대응 12
나. 자원이송망 사업의 시장경쟁력 확보 13
다. 자원이송망에 대한 진단 및 관리 기술 개발 필요 13
3. 연구개발 범위 15
가. 연구개발 적용기술 15
나. 연구범위 및 연구 수행 방법 15
다. 연구개발 최종 목표 16
라. 연구개발 최종 성과물 17
제2장 국내외 기술 개발 현황 18
1. 국내 현황 18
가. 관내 다상 유동 연구 현황 18
나. 파이프라인 진단 기술 사용 현황 19
다. 관내 유동 분석 프로그램 개발 및 사용 현황 20
2. 국외 현황 20
가. 관내 다상 유동 연구 현황 20
나. 파이프라인 진단 기술 사용 현황 21
다. 관내 유동 분석 프로그램 개발 및 사용 현황 23
제3장 연구 수행 내용 및 성과 25
1. 연구수행 방법 및 내용 25
가. 이상 유동 실험 수행 25
나. 이상 유동 무차원 맵 개발 32
다. 슬러그 유동 역학 모델 개발 39
라. 슬러그 유동에 관한 수치해석기법 개발 및 슬러그 역학 모델 보완 45
2. 연구수행 성과 54
가. 다상 유동 예측 프로그램 개발 54
나. 원격 진단 프로그램 개발 66
제4장 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 73
1. 목표 달성도 73
가. 무차원화된 다상유동지도 개발 73
나. 슬러그 유동 적합 역학모델 개발 73
다. 다상 유동 예측프로그램 개발 74
라. 개발된 다상 유동 예측프로그램을 이용한 실시간 원격 진단 알고리즘 개발 및 검증 80
마. 실시간 원격 진단 프로그램을 개발 80
2. 관련 분야 기여도 81
가. 기술적 측면 81
나. 경제적·산업적 측면 81
다. 사회적 측면 81
제5장 연구개발성과의 활용계획 82
1. 미래 원천기술 확보 82
2. 실용화·제품화 방안 82
3. 기술수요처 82
4. 활용분야 및 활용방안 기술 82
제6장 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 84
1. 압력강하 및 슬러그 유동 실험데이터, 예측 상관식 및 유동역학모델 수집 84
가. 압력강하 실험 데이터베이스 구축 84
나. 압력강하 예측을 위한 역학모델 및 상관식 수집 84
다. 유동양식 별 주요인자 예측 상관식 수집 84
2. 유동양식지도 및 유동양식 실험데이터 수집 84
가. 유동양식 실험 데이터베이스 구축 84
나. 유동양식지도 수집 84
3. 직경 및 작동유체의 물성치가 유동양식에 미치는 영향 85
가. 관 직경이 유동양식에 미치는 영향 85
나. 오일의 점도, 공기의 밀도가 유동양식에 미치는 영향 85
4. 관내 다상 유동양식 지도 86
5. 관내 다상 유동 마찰압력강하 86
제7장 연구개발성과의 보안등급 87
제8장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 88
제9장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 89
1. 교육 훈련 89
가. 개요 89
나. 교육대상 89
다. 교육 이수과정 89
2. 건강검진 89
3. 본 연구실의 추가 안전관리 내용 89
제10장 연구개발과제의 대표적 연구 실적 90
제11장 기타 사항 92
1. 양적 성과 목표달성 계획 92
1) SCI(E)급 학술지 게재 92
2) 특허 등록 92
2. 후속 연구 수행 92
제12장 참고 문헌 93
표 3.1. 작동 조건에 따른 유동양식 분포 29
표 3.2. 유동 데이터 작동 조건 34
표 3.3. 유동양식에 따른 실험 데이터와 이전 유동지도와의 비교 #1 35
표 3.4. 유동양식에 따른 실험 데이터와 이전 유동지도와의 비교 #2 36
표 3.5. 개발된 유동양식 지도 39
표 3.6. 기존 압력강하 상관식 56
표 3.7. 본 연구에서 실험을 통해 측정한 압력강하 데이터와... 58
표 3.8. 타 논문의 압력강하 데이터와 상관식으로 예측한 값과의 비교 62
표 4.1. 압력구배 오차 74
표 4.2. OLGA 기준 유동양식 정의 76
표 4.3. OLGA의 유동양식 예측 1 77
표 4.4. 다상 유동 예측 프로그램의 유동양식 예측 1 77
표 4.5. OLGA의 유동양식 예측 2 78
표 4.6. 타 논문 실험 데이터와 프로그램 비교 80
그림 1.1. 전 세계 에너지 현황 13
그림 1.2. 파이프 결함 원인 및 상용 다상 유동 시뮬레이터(OLGA) 14
그림 1.3. 파이프라인 원격 진단 프로그램 연구 개발 흐름도 17
그림 2.1. 수평(좌) 및 30˚ 경사각(우)을 갖는 관내 유동양식 지도 18
그림 2.2. 슬러그 유동 도식(좌) 및 실험데이터와 유동양식지도 비교(우) 18
그림 2.3. 다채널 유도초음파 검사시스템 19
그림 2.4. 한국가스공사의 인텔리전트 피그 19
그림 2.5. OLGA를 이용한 Ramp-up 시물레이션 20
그림 2.6. 슬러그 유동 도식(좌) 및 기체 겉보기 속도에 따른 기공률(우) 21
그림 2.7. 경사유동에서의 기포도식(좌) 및 경사각에 따른 기체, 액체의 속도(우) 21
그림 2.8. UltraScan® Duo 22
그림 2.9. 보잉사 스캔 이글 22
그림 2.10. E-RTTM(Extended Real-Time Transient Model) 23
그림 2.11. LedaFlow(왼쪽)와 OLGA(오른쪽) 프로그램 23
그림 3.1. 다상 유동 실험 장치 25
그림 3.2. 다상 유동 실험 장치 개략도 26
그림 3.3. 관경 2cm, 4cm의 테스트 섹션 26
그림 3.4. 압력 측정 탭(좌), 온도 측정 탭(우) 27
그림 3.5. 공기-오일 Mixer 27
그림 3.6. 열식 질량유량계(좌), 오발타입 기어식 유량 센서(우) 27
그림 3.7. 오일 탱크 28
그림 3.8. 기어식 펌프(좌), 진공 펌프(우) 28
그림 3.9. 공기와 오일의 겉보기 속도에 따른 마찰 압력강하 변동 31
그림 3.10. 기포 유동 예시 32
그림 3.11. 플러그 유동 예시 32
그림 3.12. 성층 유동 예시 32
그림 3.13. 파형 유동 예시 33
그림 3.14. 슬러그 유동 예시 33
그림 3.15. 환형 유동 예시 33
그림 3.16. 분산 유동 예시[원문불량;p.32] 33
그림 3.17. 분산 기포 유동 예시[원문불량;p.32] 33
그림 3.18. 개발한 다상 유동 맵과 기존 데이터 비교 38
그림 3.19. 슬러그 이상 유동 가시화 데이터 (a) Jf=0.4 m/s, (b) Jf=0.8 m/s(이미지참조) 40
그림 3.20. 슬러그 이상 유동 압력강하 데이터 40
그림 3.21. 슬러그 단위 셀과 슬러그 유동의 역학 인자들 41
그림 3.22. 슬러그 역학모델 개발 과정 42
그림 3.23. 슬러그 역학모델로 예측한 압력강하 43
그림 3.24. 슬러그 유동 영역별 액체 속도, 길이, 압력구배 비교 43
그림 3.25. 기존 역학모델과 본 연구에서 개발된 역학모델의 예측 정확도 비교 44
그림 3.26. 기존 슬러그 역학모델 44
그림 3.27. 3차원 수치해석 모델의 채널 형상 45
그림 3.28. 관측 구간 내 측정 지점 46
그림 3.29. 수치해석 모델의 단면 격자 시스템 46
그림 3.30. 공기와 오일의 유량이 각각 24.1LPM과 20.9LPM일 경우,... 47
그림 3.31. 공기와 오일의 유량이 각각 28.7LPM과 9.48LPM일 경우,... 48
그림 3.32. 공기와 오일의 유량이 각각 70.4LPM과 9.48LPM일 경우,... 48
그림 3.33. 공기와 오일의 유량이 각각 24.1LPM과 20.9LPM일 경우,... 49
그림 3.34. 공기와 오일의 유량이 각각 28.5LPM, 6.51LPM일 경우(좌)와... 50
그림 3.35. 실험과 수치해석 결과의 유량별 슬러그 진동수 비교 51
그림 3.36. 실험과 수치해석 결과의 기포 길이 분포 비교 51
그림 3.37. 실험과 수치해석 결과의 평균 압력강하 비교 52
그림 3.38. 공기와 오일의 유량이 각각 24.1LPM과 20.9LPM일 경우,... 52
그림 3.39. 공기와 오일의 유량이 각각 25.8LPM과 31.0LPM일 경우(위)와 47.8LPM과 31.0... 53
그림 3.40. 다상 유동 예측 프로그램 개발과정[원문불량;p.53] 54
그림 3.41. 압력 강하 계산 방법 55
그림 3.42. 다상 유동 예측 프로그램 입력 조건 65
그림 3.43. 위치별 예측값 65
그림 3.44. 다양한 유동천이 예측 66
그림 3.45. 작동 조건에 따른 예상 슬러그 발생 구간 67
그림 3.46. 관내 내압 및 유동장 예측 알고리즘 개발 68
그림 3.47. 실시간 원격 진단 프로그램 구성도 68
그림 3.48. 실시간 원격 진단 프로그램의 작동원리 및 결함 감지 기능 69
그림 3.49. 원격 진단 프로그램을 통해 예측한 관내 유동양식 및 슬러그 발생 여부 확인 69
그림 3.50. 예상 작동조건을 기준으로 슬러그 발생 회피 작동 조건 제시 70
그림 3.51. 최적 센싱 위치 제시 및 정확한 압력강하 예측 71
그림 3.52. 관내 결함 발생 시 경고 및 결함 발생 구간 제시 72
그림 4.1. 개발한 다상 유동 맵과 기존 데이터 비교 73
그림 4.2. 슬러그 역학모델로 예측한 압력강하 73
그림 4.3. 2cm관 유동양식 별 압력구배 75
그림 4.4. 4cm관 유동양식 별 압력구배 75
그림 4.5. 타 논문 실험 데이터 유동양식 별 압력구배 76
그림 4.6. 본 연구에서 개발한 유동양식지도 및 본 연구의 실험 데이터 78
그림 4.7. 프로그램 맵과 실험 데이터 79
그림 6.1. 관 직경에 따른 유동양식 천이선, Taitel & Dukler(1976)(좌), Kong et... 85
그림 6.2. 오일의 점도에 따른 유동양식 변화(100 cp(좌), 32 cp(우))[원문불량;p.84] 85
그림 6.3. 유동양식지도 Mandhane 등(1974)(좌), Spedding 등(2005)(우) 86
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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