KR20150094133A - Water hammer relief method using valve control based on pipe network transient flow analysis scenario - Google Patents

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KR20150094133A
KR20150094133A KR1020140015036A KR20140015036A KR20150094133A KR 20150094133 A KR20150094133 A KR 20150094133A KR 1020140015036 A KR1020140015036 A KR 1020140015036A KR 20140015036 A KR20140015036 A KR 20140015036A KR 20150094133 A KR20150094133 A KR 20150094133A
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Abstract

The present invention relates to a water hammer relief method through valve control based on a pipe network transient flow analysis scenario comprising: a first step for performing transient flow analysis; a second step for building a water hammer scenario which can be generated inside a pipe network; and a third step of performing built scenario based real time valve control. The present invention has effects of performing the corresponding valve control on a scenario in case of the corresponding situation by sensing after building the scenario with respect to the entire expected situation of generating water hammer; minimizing additional equipment installation on a target pipe network and reducing water hammer through a valve to be operated inside a pipe network; and reducing damage to a pipe network caused by water hammer, which rapidly occurs, by minimizing the time required for an analysis step in that a scenario obtained through a simulation is used.

Description

관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법{Water hammer relief method using valve control based on pipe network transient flow analysis scenario}[0001] The present invention relates to a water hammer relief method using valve control based on scenario-based unsteady flow analysis,

본 발명은 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 수충격 방지시스템의 수충격 인식 및 제어에 의한 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a water shock mitigation method through valve control based on unsteady unsteady flow analysis scenario and more specifically to a water impact mitigation method using a valve control based on a scenario- To a method for mitigating water shock.

기존의 수충격(Water Hammer) 완화 기술은 일반적으로 압력 릴리프 밸브(Pressure Relief Valve) 등의 추가적인 장치 설치를 통해서 규정 이상의 압력이 주어질 때 유체를 외부로 방출하여 압력을 낮추는 방식으로 제어한다. Conventional water hammer mitigation techniques generally control the pressure relief valve (pressure relief valve) and other devices to reduce the pressure by releasing the fluid to the outside when the specified pressure is exceeded.

한편, 국내에서는 수충격 방지 시스템의 수충격 인식방법 및 제어 방법에 대한 특허가 출원되었는데, 해당 기술은 에어챔버의 수위와 압력을 이용하여 수충격 기준 값을 선정하고 이를 이용해서 수충격을 판단하고 비상경보를 발생하거나 에어챔버에 가압을 하여 관망의 수충격을 제어하는 방식을 사용하고 있다. In the meantime, in Korea, a patent for water shock recognition method and control method of water shock protection system was applied. The technology selects water shock standard value by using water level and pressure of air chamber, A method of controlling the water impact of the pipe network by generating an emergency alarm or pressurizing the air chamber is used.

하지만 이러한 종래의 기술에 따른 경우 추가적인 장비 설치를 해야 하고, 설치된 제어 장치에 종류에 따라 제한적으로 관망을 제어할 수밖에 없다는 단점이 있다.
However, according to this conventional technique, it is necessary to install additional equipment and control the pipe network in a limited manner depending on the type of installed control device.

[관련기술문헌][Related Technical Literature]

1, 수충격 방지시스템의 수충격 인식방법 및 제어방법(WATER HAMMER SENSING AND CONTROL METHOD FOR WATER HAMMER PREVENTIVE SYSTEM) (특허출원번호 제10-2006-0015406호)1, WATER HAMMER SENSING AND CONTROL METHOD FOR WATER HAMMER PREVENTIVE SYSTEM (Patent Application No. 10-2006-0015406)

2. 수충격 인식 및 에너지 절감형 수충격 방지시스템과 그 제어방법(WATER HAMMER SENSING AND WATER PREVENTIVE SYSTEM FOR ENERGY SAVING AND IT''S CONTROL PROCESS) (특허출원번호 제10-2012-0051641호)
2. WATER HAMMER SENSING AND WATER PREVENTIVE SYSTEM FOR ENERGY SAVING AND IT '' S CONTROL PROCESS (Patent Application No. 10-2012-0051641)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수충격이 발생되는 예상상황 전체에 대한 시나리오를 수립한 후, 센싱에 의해 해당 상황 발생시 시나리오 상의 대응하는 밸브제어를 수행하도록 하기 위한 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a scenario analysis method of a network unsteady flow analysis scenario for establishing a scenario for an entire expected situation in which a water shock is generated and then performing corresponding valve control in a scenario, Based valve control.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법은, 부정류 해석(Transient Flow Analysis)을 수행하는 제 1 단계; 관망 내부의 모든 발생 가능한 수충격 시나리오를 구축하는 제 2 단계; 및 구축된 시나리오 기반의 실시간 밸브 조작(Scenario Based Real Time Valve Control)을 수행하는 제 3 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, a method for mitigating water impact through valve control based on a network unsteady flow analysis scenario according to an embodiment of the present invention includes: a first step of performing a transient flow analysis; A second step of constructing all possible water impact scenarios within the network; And a scenario-based real-time valve operation (Scenario Based Real Time Valve Control); And a control unit.

이때, 상기 제 1 단계는, 특성선 방법을 이용해서 산정한 관망의 유량과 수두값과 실제 관망에서의 데이터 수집을 통해 획득한 유량과 수두값을 비교하며 개발 모형이 실제의 결과와 적합하도록 모형의 매개 변수로 파속도, 마찰 계수, 마이너 이펙트(Minor effect) 계수를 보정을 수행하며, In this case, the first step is to compare the flow rate and head value of the network calculated using the characteristic line method with the flow rate and the head value obtained through data collection in the actual pipe network, and to make the development model fit the actual results The coefficient of friction, the coefficient of friction, and the coefficient of the minor effect are corrected,

상기 제 2 단계는, 상기 제 1 단계의 보정된 모형을 이용하여 실제 관망에 모니터링 위치에서 실시간으로 수압 데이터를 모니터링하는 것을 특징으로 한다.The second step is to monitor the hydraulic pressure data in real time at the monitoring location on the actual pipe network using the corrected model of the first step.

또한, 상기 제 2 단계는, 보정된 모형에서 수충격을 생성하는 주요 인자는 수리학적 구조물의 위치 즉 밸브의 위치와 해당 구조물의 조작 속도이므로, 수충격 발생 시나리오를

Figure pat00001
(S는 수충격 발생 시나리오이고, Valve(x)는 Valve의 위치, Rate(k)는 밸브 조작 속도)로 나타내며, 대상 관망의 조작 가능한 모든 밸브에 대해 조작 가능 속도별로 모두 모의를 수행하여 해당 위치 해당 속도에서의 수충격 발생데이터를 모두 수충격 발생 시나리오로 생성하며, 수충격이 최소화할 수 있도록 조작하는 조작 시나리오를
Figure pat00002
(R는 수충격 상쇄를 위한 밸브 조작 시나리오이고, Valve(y)는 조작 Valve의 위치, Rate(k‘)는 밸브 조작 속도)로 나타내며, Also, in the second step, since the main factor of generating the water impact in the corrected model is the position of the hydraulic structure, that is, the position of the valve and the operation speed of the structure,
Figure pat00001
(S is the scenario of the water shock, Valve (x) is the position of the valve, and Rate (k) is the valve operation speed) and simulates all operable speeds of all operable valves of the target pipe network, It generates all the water shock occurrence data at the corresponding speed as the water shock occurrence scenario and operates the operation scenario to minimize the water shock
Figure pat00002
(Where R is the valve operating scenario for water impact cancellation, Valve (y) is the position of the operating valve, Rate (k ') is the valve operating speed)

모의를 통해 생성한 수충격 발생 시나리오와 발생 수충격의 최소화를 위한 조작 시나리오를 하나의 데이터 세트로 구성하여 특정 발생 시나리오의 수충격이 발생한 경우 해당 시나리오의 발생 시나리오를 통해 최소화시키는 것을 특징으로 한다.And the operation scenarios for minimizing the shocks of occurrence of the water shocks generated through simulation are configured as one data set to minimize the occurrence scenarios of the specific scenarios when the number shocks of the specific occurrence scenarios occur.

또한, 상기 제 3 단계는, 항시 관망 모니터링을 수행하다가 만약 수충격이 발생한 경우 상기 제 2 단계에서 구성한 시나리오 데이터베이스를 이용하여 수충격 발생 시 해당 시나리오에 해당하는 조작 방법대로 조작하여 수충격을 최소화하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the third step may be to perform monitoring of the network at all times, and if a water shock occurs, the scenario database constructed in the second step is used to minimize the water impact by operating according to the operation method corresponding to the scenario .

본 발명의 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법은, 수충격이 발생되는 예상상황 전체에 대한 시나리오를 수립한 후, 센싱에 의해 해당 상황 발생시 시나리오 상의 대응하는 밸브제어를 수행하도록 하는 효과를 제공한다. A method for mitigating water shocks through valve control based on a scenario-based unsteady flow analysis scenario according to an embodiment of the present invention is characterized in that after a scenario for the entire expected situation in which a water shock occurs, And provides an effect to perform valve control.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법은, 대상관망에 추가적인 장비설치를 최소화하고 관망 내부의 조작가능 밸브를 통해 수충격을 감소시킨다는 점에서 기존의 발명과 차이점이 있는 효과를 제공한다.In addition, according to another embodiment of the present invention, the water shock mitigation method using valve control based on the unsteady flow analysis scenario of the present invention minimizes the installation of additional equipment in the target pipe network and reduces the water impact through the operable valve in the pipe network The present invention provides an effect that is different from the existing invention.

뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법은, 모의를 통해 확보한 시나리오를 이용하여 조작을 한다는 점에서 분석 단계에 소요되는 시간을 최소화함으로써 급격히 발생하는 수충격에 의한 관망의 손상을 줄일 수 있는 효과를 제공한다.
In addition, according to another embodiment of the present invention, the water shock mitigation method using the valve control based on the network unsteady flow analysis scenario minimizes the time required for the analysis step in that the operation is performed using the scenario secured through the simulation Thereby reducing damage to the pipe network due to a sudden water impact.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법을 설명하기 위한 초기 정상상태흐름이 양의 x방향으로 속도 V로 일정 단면적을 가진 관의 검사체적(Control Volume of Transient State)을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법을 위한 관 체적에 대한 제어(The Control Volume of the Pipe)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법을 설명하기 위한 관 체적 제어에 미치는 힘의 영향(The Force Affecting on Control Volume of Pipe)을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법을 설명하기 위한 특성선(Characteristic Lines)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법을 설명하기 위한 경계에서의 특성(Characteristics at Boundaries)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법을 설명하기 위한 특성선 방법 보정 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법을 설명하기 위한 시나리오 생성을 위한 모의 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법을 설명하기 위한 생성 시나리오를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법을 설명하기 위한 수충격 누락의 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법을 설명하기 위한 총괄 개념을 나타내는 도면이다.
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the initial steady-state flow in a positive x-direction and the inspection volume of a tube having a constant cross-sectional area at a velocity V in order to explain a water shock mitigation method based on a valve- (Control Volume of Transient State).
FIG. 2 is a view for explaining a control volume of the pipe for a water shock mitigation method through valve control based on a network unsteady flow analysis scenario according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a graph illustrating the influence of the force on the control of the pipe to control the water shock mitigation through the valve control based on the network unsteady flow analysis scenario according to the embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 4 is a view for explaining characteristic lines for explaining a water shock mitigation method through valve control based on a network unsteady flow analysis scenario according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 5 is a view for explaining characteristics at boundaries for explaining a water shock mitigation method through valve control based on a network unsteady flow analysis scenario according to an embodiment of the present invention. FIG.
6 is a diagram illustrating a characteristic line method correction process for explaining a water impact mitigation method through valve control based on a network unsteady flow analysis scenario according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a simulation process for generating a scenario for explaining a water shock mitigation method through valve control based on a network unsteady flow analysis scenario according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a generation scenario for explaining a water shock mitigation method through valve control based on a network unsteady flow analysis scenario according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a view showing an example of a water shock failure to explain a water shock mitigation method through valve control based on a network unsteady flow analysis scenario according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating an overall concept for explaining a water shock mitigation method through valve control based on a network unsteady flow analysis scenario according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명은 대상관망에 추가적인 장비설치를 최소화하고 관망 내부의 조작가능 밸브를 통해 수충격을 감소시킨다는 점에서 기존의 발명과 차이점이 있다. 또한 모의를 통해 확보한 시나리오를 이용하여 조작을 한다는 점에서 분석 단계에 소요되는 시간을 최소화함으로써 급격히 발생하는 수충격에 의한 관망의 손상을 줄일 수 있다.The present invention differs from the prior art in that the installation of additional equipment in the target pipe network is minimized and the water impact is reduced through the operable valve in the pipe network. In addition, it minimizes the time required for the analysis step in that it operates using scenarios secured through simulations, thereby reducing damage to the pipe network caused by sudden water impacts.

본 발명은 기술을 적용할 대상 관망을 부정류해석(Pipe Network Transient Flow Analysis)방법으로 모의해보고, 해석을 통해 구축한 시나리오를 토대로 실시간 수충격 저감을 위한 밸브 조작을 그 개요로 한다.
In the present invention, the pipe network to which the technique is applied is simulated by a Pipe Network Transient Flow Analysis method, and the valve operation for real-time water shock reduction based on a scenario constructed through analysis is outlined.

본 발명의 구성은 총 3단계로 이루어진다. <첫 번째는 부정류 해석( Transient Flow Analysis )이다.> The configuration of the present invention is composed of three steps in total. <First Unsteady Flow Analysis (Transient Flow Analysis >

관로 내의 흐름은 기본적으로 부정류 상태이다. 즉 특정지점의 유체의 속도와 압력은 시간에 따라 변화하고, 순간적인 유량의 정지, 수리구조물의 작동, 관의 사고에 의한 파열 같은 부정류 상태는 관망을 통해 이동하는 강한 압력파를 가진 상당한 파동을 야기한다. The flow in the channel is basically unsteady. In other words, the velocity and pressure of a fluid at a certain point change with time, and an unsteady state such as a momentary flow stop, an operation of a hydraulic structure, or a rupture due to a pipe accident is caused by a considerable fluctuation .

생성된 압력파는 시간이 흐름에 따라 관의 마찰 때문에 감소하다가, 최종에는 사라져 다른 정상상태로 이어진다. 이와 같이 한 정상상태에서 다른 정상상태로 변하는 현상을 수리학적 천이(Hydraulic Transient)라고 한다.The generated pressure wave decreases with time due to the friction of the tube, and finally disappears and leads to another steady state. The phenomenon of changing from one steady state to another steady state is called a hydraulic transient.

수충격(Water Hammer)으로도 쓰이는 천이는 관망에 상당한 손상을 일으킬 수 있는 압력파에서 기인한다. 따라서 천이상태에 노출된 관망은 정기적인 압력변화를 고려할 뿐만 아니라, 예기치 않은 사고도 고려하여 만들어져야 한다. 그러므로 단지 정상상태를 분석하여 관망설계를 하는 것보다 천이상태를 고려하여 분석한 후 관망설계를 하는 것이 더욱 적절하다.
Transitions, also used as water hammer, are caused by pressure waves that can cause considerable damage to the pipe network. Therefore, the pipe network exposed to transitional conditions should be designed not only to take into account periodic pressure changes, but also to account for unexpected accidents. Therefore, it is more appropriate to design the pipe network after analyzing the transition state rather than just analyzing the steady state and designing the pipe network.

도 1은 초기 정상상태흐름이 양의 x방향으로 속도 V로 일정 단면적을 가진 관의 검사체적(Control Volume of Transient State)을 나타낸다. 초기 압력 P인 단면 B-B는 유량의 변화에 따라, 압력과 속도는 P+ΔP, V+ΔV가 된다. 이 압력파는 음의 x방향으로 파속도(Wave Speed) c로 이동한다. 시간 t동안 압력파가 움직인 거리는 t(c-V)이다.Figure 1 shows the Control Volume of Transient State in which the initial steady state flow has a constant cross sectional area at velocity V in the positive x direction. The initial pressure P, section B-B, is the pressure and velocity P + ΔP, V + ΔV as the flow rate changes. This pressure wave shifts to the wave speed c in the negative x direction. The distance traveled by the pressure wave during time t is t (c-V).

도 1에서의 검사체적의 운동량보전방정식은 수학식 1과 같다. The momentum conservation equation of the inspection volume in FIG.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서 A = 관 단면적, ρ = 물의 밀도, Δρ = 압력변화에 따른 밀도의 변화이다. 도 1의 검사체적의 연속방정식은 다음의 수학식 2와 같다.Where A = cross-sectional area, ρ = density of water, and Δρ = density change with pressure change. The continuity equation of the inspection volume in Fig. 1 is expressed by the following equation (2).

Figure pat00004
Figure pat00004

수학식 1과 수학식 2을 통해 다음과 같은 수학식 3 및 수학식 4를 표현할 수 있다.
Equation (3) and Equation (4) can be expressed by Equation (1) and Equation (2).

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서 h = 압력수두이다. 수학식 4를 이용해 수학식 3은 다음의 수학식 5와 같이 구할 수 있다.Where h = pressure head. Using Equation (4), Equation (3) can be obtained as Equation (5).

Figure pat00007
Figure pat00007

수학식 5는 일정단면적을 가진 관의 한 지점에서 압력변화와 속도변화의 관계를 나타낸다. 파속도(Wave Speed, Wave Celerity) c는 관의 두께, 파이프의 Young의 탄성계수와 같은 파이프의 특성들, 파이프가 연결되어 있는 방식, 그리고 유체의 밀도, 유체의 탄성계수와 같은 유체 고유의 특성에 많은 영향을 받는다.Equation (5) shows the relationship between the pressure change and the velocity change at one point in the tube having a certain cross-sectional area. Wave Velocity (Wave Celerity) c is the wave velocity, wave celerity, and c is a function of the pipe's properties such as pipe thickness, Young's modulus of elasticity of the pipe, the way the pipe is connected, Many are affected.

Halliwell (1963)는 일반적인 파속도 c의 관계식을 나타내었는데, 앞의 여러 가지 사항을 고려하여 다음과 같은 수학식 6을 제시했다.
Halliwell (1963) showed the relationship of the general wave speed c. Considering the above, we have the following equation (6).

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서 K = 유체의 탄성계수, ρ = 유체의 밀도, E = 관의 Young의 탄성계수, ψ = 관의 특징과 지지되어있는 형태를 고려하는 무차원계수이다. 만약 대상관이 얇은 벽을 가진 탄성관의 경우는 ψ이 수학식 7과 같다.
Where K is the modulus of elasticity of the fluid, ρ is the density of the fluid, E is the modulus of elasticity of the tube, and ψ is a dimensionless factor that takes into account the characteristics of the tube and the supported shape. If the subject pipe is a thin walled elastic tube, ψ is given by (7).

Figure pat00009
Figure pat00009

또한 대상관의 종축 움직임이 고정인 경우의 ψ값은 수학식 8과 같다.
Also, the ψ value when the vertical axis movement of the object tube is fixed is expressed by Equation (8).

Figure pat00010
Figure pat00010

마지막으로 대상관이 상류측 끝에서 종축 움직임이 고정인 경우 ψ은 수학식 9와 같다.
Finally, ψ is expressed by Equation (9) when the vertical axis is fixed at the upstream end of the object tube.

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서 D = 관의 내부직경, e = 관 두께, μ = Poisson 비이다. 식 6의 계수 중, Pear-sall(1965)는 기체가 함유된 유체의 K와 ρ를 고려한 수학식 10을 다음과 같이 제시했다.Where D = inner diameter of the tube, e = tube thickness, and μ = Poisson ratio. Of the coefficients in Equation 6, Pear-sall (1965) gives Equation 10, which considers K and p of the fluid containing gas, as follows.

Figure pat00012
Figure pat00012

Figure pat00013
Figure pat00013

Figure pat00014
Figure pat00014

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서 Kl와 Kg는 관로 내 액체와 기체의 체적 탄성계수, Vg와 Vl는 관로 내 기체와 액체의 체적,

Figure pat00016
Figure pat00017
는 각각 액체와 기체의 밀도이다.Where Kl and Kg are the volumetric elastic modulus of the liquid and gas in the pipe, Vg and Vl are the volume and volume of the gas in the pipe,
Figure pat00016
and
Figure pat00017
Are the density of liquid and gas, respectively.

관내의 천이흐름은 질량과 운동량보전방정식으로 표현될 수 있는데, 이 방정식은 검사체적 적분(Control Volume Integrals)에 의해 두 방정식으로 유도된다. 유체의 외부성질(Extensive Property) B에 대해, 검사체적방정식(Control Volume Equation)은 다음의 수학식 14와 같이 유도할 수 있다.
The transient flow in the tube can be expressed by the mass and momentum conservation equations, which are derived by two equations by Control Volume Integrals. For an Extensive Property B of the fluid, the Control Volume Equation can be derived as: &lt; EMI ID = 14.0 &gt;

Figure pat00018
Figure pat00018

여기서, b는 내부성질(Intensive Property), 즉 단위질량당 외부성질 B, ρ는 유체의 밀도, CV는 계의 검사체적, △t는 시간간격이다.Where b is the Intensive Property, ie, B is the external property per unit mass, ρ is the density of the fluid, CV is the inspected volume of the system, and Δt is the time interval.

외부성질를 계의 총질량으로 두면, 내부성질 b는 1이 된다. 검사체적방정식은 도 2에서 나타난 것처럼, 항상 일정하지 않은 단면적과 압축성유체를 가진 일차원흐름으로 적용된다.If the external property is taken as the total mass of the system, the internal property b becomes 1. The control volume equation is applied as a one-dimensional flow with a constant cross-sectional area and compressible fluid, as shown in Fig.

일정 질량계에서 질량변화율은 0인 것을 고려하면, 수학식 14는 다음의 수학식 15와 같다.
Considering that the mass change rate in the constant mass system is 0, Equation (14) is expressed by Equation (15).

Figure pat00019
Figure pat00019

u = 유체의 속도, ρ= 유체의 밀도, 아래첨자 1, 2는 관의 x축 방향의 위치를 나타낸다. 적분 안의 상하한은 일정하므로 수학식 15는 다음의 수학식 16과 같이 표현될 수 있다.
u = velocity of the fluid, ρ = density of the fluid, and subscripts 1 and 2 denote the position of the tube in the x-axis direction. Since the upper and lower limits in the integral are constant, Equation (15) can be expressed as Equation (16).

Figure pat00020
Figure pat00020

또는 다음의 수학식 17과 같이 표현될 수 있다.
Or, it can be expressed as the following equation (17).

Figure pat00021
Figure pat00021

검사체적은 임의적이므로, 수학식 17은 모든 곳에서 0이 되어야 한다. 따라서 다음의 수학식 18과 같이 표현된다.
Since the inspection volume is arbitrary, equation (17) should be 0 everywhere. Therefore, it is expressed as the following equation (18).

Figure pat00022
Figure pat00022

수학식 18을 전개하면 다음의 수학식 19와 같다.The equation (18) is expanded as shown in the following equation (19).

Figure pat00023
Figure pat00023

각 항을 정리하고 전미분을 이용하면 다음의 수학식 20과 같다.
The terms are summarized and all derivatives are used.

Figure pat00024
Figure pat00024

유체의 탄성계수의 정의는 다음의 수학식 21과 같다.
The definition of the modulus of elasticity of the fluid is given by the following equation (21).

Figure pat00025
Figure pat00025

따라서 다음의 수학식 22와 같이 표현된다.
Therefore, it is expressed as the following equation (22).

Figure pat00026
Figure pat00026

수학식 20의 두 번째 항은 다음의 수학식 23과 같다.The second term of Equation (20) is expressed by the following Equation (23).

Figure pat00027
Figure pat00027

여기서 D = 원형관의 직경,

Figure pat00028
= 총원주의 변형(strain)이다.
Figure pat00029
의 정의는 다음의 수학식 25와 같다.
Where D = diameter of the circular tube,
Figure pat00028
= Strain of total circumference.
Figure pat00029
Is defined by the following expression (25).

Figure pat00030
Figure pat00030

Figure pat00031
= 포아숑비,
Figure pat00032
= 축방향(axial)의 단위응력,
Figure pat00033
= 측면의(Lateral) 단위응력
Figure pat00034
= 측면의 단위스트레인,
Figure pat00035
= 축방향의 단위변형이다. 측면의 변형(Strain)의 변화는 관의 단면적의 변화가 된다.
Figure pat00031
= Poachonby,
Figure pat00032
= Unit stress in the axial direction,
Figure pat00033
= Lateral (unit) stress
Figure pat00034
= Unit strain of side,
Figure pat00035
= Unit strain in the axial direction. The change in the side strain is a change in the cross-sectional area of the tube.

Figure pat00036
Figure pat00036

총 원주 스트레인의 미분형태는 다음의 수학식 27a와 같이 된다.
The differential form of the total circumferential strain is expressed by the following equation (27a).

Figure pat00037
Figure pat00037

원형관에서 단위측면응력은 다음의 수학식 28과 같다.
The unit side stress in the circular tube is represented by the following equation (28).

Figure pat00038
Figure pat00038

여기서 e = 관벽의 두께이다. 얇은 탄성관에 대한 축응력은 각각 아래의 경우에 따라 결정된다.Where e = thickness of the wall. The axial stresses for thin elastic tubes are determined according to the following cases respectively.

먼저 종축 움직임에 대해 고정된 관은 하기의 수학식 29b와 같다.
First, the tube fixed with respect to the vertical axis movement is expressed by the following equation (29b).

Figure pat00039
Figure pat00039

두 번째, 상류측에 끝에 종축 움직임이 고정되고, 하류측 끝은 자유로운 관은 수학식 30b와 같다.
Second, the vertical axis is fixed at the end on the upstream side, and the free tube on the downstream side is shown in Equation 30b.

Figure pat00040
Figure pat00040

마지막으로 수축이음(Expansion Joint)이 있는 관은 수학식 31b와 같다.
Finally, the tube with the expansion joint is shown in Equation 31b.

Figure pat00041
Figure pat00041

수학식 29, 30, 31과 수학식 23과 수학식 22을 수학식 20에 대입하면 다음의 수학식 32와 같다.
Substituting Equations (29), (30), (31), (23) and (22) into Equation (20) yields Equation (32).

Figure pat00042
Figure pat00042

여기서 각각 첫 번째 형태에서는

Figure pat00043
, 두 번째 형태에서는
Figure pat00044
, 마지막 형태에서는
Figure pat00045
이다. 일반적인 관망에서는,
Figure pat00046
값은
Figure pat00047
보다 아주 작은 값이므로 무시될 수 있다.
In the first form,
Figure pat00043
, The second form
Figure pat00044
, In the last form
Figure pat00045
to be. In a general network,
Figure pat00046
The value is
Figure pat00047
And can be ignored.

여기서, 도 3은 관내 체적 제어에 따라 힘이 미치는 영향을 나타내는 도면이다.
Here, FIG. 3 is a diagram showing the influence of the force on the volume control in the tube.

Figure pat00048
Figure pat00048

한편, 수학식 33을 이용하여 연속방정식은 다음과 같이 된다.
On the other hand, using the equation (33), the continuity equation becomes as follows.

Figure pat00049
Figure pat00049

운동량방정식은 종량성질 B를 계 내의 운동량으로 설정함으로 얻어진다. 따라서 내부성질 b는 u 속도 벡터가 된다. 운동량에 대한 검사체적방정식은 다음의 수학식 35와 같다.
The momentum equation is obtained by setting the mass property B as the momentum in the system. Therefore, the inner property b becomes a u velocity vector. The test volume equation for the momentum is given by Equation (35).

Figure pat00050
Figure pat00050

검사체적(도 3)에 작용하는 힘은 x1와 x2에 압력, 수축 또는 확대하는 부분에 작용하는 압력, 유체의 무게, 유체와 벽면의 전단력이다. 이들의 총 힘은 다음과 같다.
The forces acting on the inspected volume (Fig. 3) are the pressures acting on the pressure, contraction or enlargement at x 1 and x 2 , the weight of the fluid, and the shear force of the fluid and the wall. Their total force is as follows.

Figure pat00051
Figure pat00051

여기서

Figure pat00052
=관벽과 유체간의 전단력,
Figure pat00053
이다. 일정한 검사 계에 대해 수학식 35은 다음과 같이 된다.
here
Figure pat00052
= Shear force between pipe wall and fluid,
Figure pat00053
to be. For a given test system, equation (35) is as follows.

Figure pat00054
Figure pat00054

수학식 36과 수학식 37를 합하고,

Figure pat00055
로 나눈 후,
Figure pat00056
을 0으로 감소시키면, 다음의 수학식 38과 같은 식을 얻는다.
By combining equations (36) and (37)
Figure pat00055
&Lt; / RTI &gt;
Figure pat00056
Is reduced to 0, the following equation (38) is obtained.

Figure pat00057
Figure pat00057

관에서 부정류의 마찰력을 계산하는 방법은 불확실하기 때문에, 부정류상태의 마찰은 정류상태의 부정류와 같다고 가정한다.Since the method of calculating the frictional force of the tube in the tube is uncertain, it is assumed that the friction of the tube is equal to the flow of the tube in the rectified state.

Darcy-Weisbach 마찰공식은 다음의 수학식 38과 같다.
The Darcy-Weisbach friction equation is shown in Equation 38 below.

Figure pat00058
Figure pat00058

여기서, f = Darcy-Weisbach 무차원 마찰계수이다. 수학식 39을 수학식 38에 대입하여 정리하면 다음의 수학식 40과 같다.
Where f = Darcy-Weisbach dimensionless coefficient of friction. Equation (39) is substituted into Equation (38) and summarized as Equation (40).

Figure pat00059
Figure pat00059

첫 번째 항인 괄호[]안의 값은 연속방정식의 값이므로, 0이 된다. 따라서 운동량방정식은 다음의 수학식 41과 같다.
The first term in parentheses [] is the value of the continuity equation. Therefore, the momentum equation is expressed by the following equation (41).

Figure pat00060
Figure pat00060

수학식 33과 수학식 34는 관수로에서 천이흐름을 표현하는 연속방정식과 운동량방정식이다. 압력을 Piezometric 수두 h로 나타내면 다음의 수학식 42와 같다.
Equations (33) and (34) are the continuity equation and the momentum equation expressing the transition flow in the irrigation channel. The pressure can be represented by the Piezometric head h, as shown in Equation 42 below.

Figure pat00061
Figure pat00061

여기서, z = 관 중앙의 위치수두이다. p의 거리에 따른 미분은 다음의 수학식 43과 같다.
Where z = position head of tube center. The differential according to the distance of p is expressed by the following equation (43).

Figure pat00062
Figure pat00062

따라서 연속방정식과 운동량방정식은 다음의 수학식 44와 같이 쓰여 진다.
Therefore, the continuity equation and the momentum equation are written as shown in Equation (44).

Figure pat00063
Figure pat00063

Figure pat00064
Figure pat00064

비선형항인 수학식 44의

Figure pat00065
와 수학식 45의
Figure pat00066
은 다른 항에 비해 아주 작은 값이다. 즉 수학식 45의 첫 두 항은 다음의 수학식 46과 같이 표현될 수 있다.
The nonlinear terms of Equation 44
Figure pat00065
And Equation 45
Figure pat00066
Is much smaller than the other term. That is, the first two terms of Equation (45) can be expressed as Equation (46).

Figure pat00067
Figure pat00067

대부분의 경우 c 》 u 이므로,

Figure pat00068
은 무시되어 질 수 있다. 수학식 44의 경우에도 마찬가지이다. 따라서
Figure pat00069
을 이용하여, 수학식 44과 수학식 45은 다음의 수학식 47 및 48과 같이 된다. In most cases c "u,
Figure pat00068
Can be ignored. The same applies to the case of Equation (44). therefore
Figure pat00069
The equations (44) and (45) are as shown in the following equations (47) and (48).

Figure pat00070
Figure pat00070

Figure pat00071
Figure pat00071

천이문제를 해석하는 방법 중에는, 특성선 방법(MOC)이 계산상의 정확도와 편리성으로 가장 유용하게 사용되어진다(Wylie and Streeter, 1993). 특성선 방법은 운동량방정식과 연속방정식의 편미분 방정식을 상미분 방정식으로 변형하는 방법으로 계산진행시간이 같아야 하는 단점이 있지만, 편미분 방정식을 정확하고 편리하게 해석할 수 있다는 특성을 가지고 있다.Among the methods of interpreting the transition problem, the characteristic line method (MOC) is most usefully used for computational accuracy and convenience (Wylie and Streeter, 1993). The characteristic line method has the disadvantage that the momentum equations and the partial differential equations of the continuity equations are transformed into the ordinary differential equations. However, the partial differential equations can be interpreted accurately and conveniently.

수학식 47과 수학식 48은 다음과 같다.
Equations (47) and (48) are as follows.

Figure pat00072
Figure pat00072

Figure pat00073
Figure pat00073

위 수학식은, 다음의 수학식 51과 같이 표현될 수 있다.
The above equation can be expressed as the following equation (51).

Figure pat00074
Figure pat00074

여기서,

Figure pat00075
는 임의의 승수이다. 이
Figure pat00076
가 다음의 수학식 52와 같이 결정되면
here,
Figure pat00075
Is an arbitrary multiplier. this
Figure pat00076
Is determined as shown in the following equation (52)

Figure pat00077
Figure pat00077

수학식 51의 괄호안의 항은

Figure pat00078
Figure pat00079
의 전미분 형태가 되고, 도 4의 특성선에서만 유효하게 된다.
The term in brackets in (51)
Figure pat00078
Wow
Figure pat00079
And becomes effective only in the characteristic line of Fig.

Figure pat00080
Figure pat00080

수학식 53에서

Figure pat00081
인 경우 하류방향을 의미하고,
Figure pat00082
인 경우 상류방향을 의미한다. 따라서 수학식 51은 다음의 수학식 54a와 같이 쓰여 질 수 있다.
In equation (53)
Figure pat00081
, It means the downstream direction,
Figure pat00082
It means the upstream direction. Therefore, Expression (51) can be written as Expression (54a).

Figure pat00083
Figure pat00083

Figure pat00084
Figure pat00084

위의 식은

Figure pat00085
로 정의되는
Figure pat00086
Figure pat00087
특성선(Characteristic Lines)상에서만 유효하게 적용된다. 일단 초기조건과 시간-공간 축이 결정되어지면 수학식 54과 수학식 55은 도 4에서 보여지는 AP 와 BP 선을 따라 적분된다.The above equation
Figure pat00085
Defined as
Figure pat00086
Wow
Figure pat00087
It is effectively applied only on Characteristic Lines. Once the initial conditions and the time-space axes are determined, equations 54 and 55 are integrated along the AP and BP lines shown in FIG.

여기서 미지점 P에 대한 2개의 방정식은 다음과 같다.
Here, the two equations for the point P are as follows.

Figure pat00088
Figure pat00088

Figure pat00089
Figure pat00089

여기서 적분상수는 다음과 같다
Here, the integral constant is

Figure pat00090
Figure pat00090

Figure pat00091
Figure pat00091

Figure pat00092
Figure pat00092

Figure pat00093
Figure pat00093

여기서, 수두와 유량의 아래첨자는 그 지점의 수두와 유량을 의미하고(즉 P는

Figure pat00094
의 지점, A와 B는 t의 지점), 는 선형화 상수로 중간 값은 0.85가 적절하게 적용된다(Karney et al., 1992). 특성 값을 구하기 위해서는 초기조건 A점과 B점이 알려져야 한다. Here, the subscripts of the head and flow represent the head and flow at that point (ie, P
Figure pat00094
, And A and B are points of t), is a linearization constant, and an intermediate value of 0.85 is appropriately applied (Karney et al., 1992). To obtain the property value, the initial conditions A and B must be known.

임의의 관망에 위의 관련 수학식을 적용하는 과정은 정류상태의 마지막 값들을 계산하고 그것을 비정상상태의 초기 값으로 취함으로써 비정상상태의 계산이 진행될 수 있다. 따라서 관망내부의 P점에서의 수두와 유량은 수학식 56과 수학식 57로부터 다음의 수학식 62과 같이 나타난다.
The process of applying the above equations to an arbitrary network can calculate the abnormal state by calculating the last values of the rectified state and taking it as the initial value of the abnormal state. Therefore, the water head and the flow rate at the point P inside the pipe network are expressed by the following equation (62) from the equations (56) and (57).

Figure pat00095
Figure pat00095

Figure pat00096
Figure pat00096

수학식 54과 수학식 55과 같은 상미분방정식을 이용하여 관의 각 지점에서 수두와 유량을 구하기 위해서는 초기조건(Initial Condition)과 함께 경계조건(Boundary Condition)이 필요하다. 초기조건은 기존의 정상류 상태 수치모의를 통해 얻은 수두와 유량을 사용함으로써 조건에 만족시킬 수 있지만 경계조건은 관로의 구성에 따라 적절한 조건이 부여되어야 한다. 예를 들어 도 5와 같은 관의 끝 지점에서는 양의 특성선과 음의 특성선이 만나지 않으므로 수두와 유량에 관한 새로운 관계가 지정되어야 한다. Boundary conditions are required in addition to the initial conditions to obtain the head and flow at each point of the pipe using the ordinary differential equations (54) and (55). The initial condition can be satisfied by using the head and flow obtained from the existing steady state numerical simulation, but the boundary conditions should be given appropriate conditions according to the structure of the pipeline. For example, at the end of the pipe as shown in FIG. 5, since the positive characteristic line and the negative characteristic line do not meet, a new relationship between the head and the flow should be specified.

마찬가지로 관로 내부가 아닌 구조물이나 여러 제어기기들은 수두와 유량에 관한 관계식이 지정되어야 위의 상미분 방정식의 해를 구할 수 있다. 따라서 특성선 방법을 이용한 부정류를 해석하기 위해서, 여러 구조물과 제어기기의 거동을 잘 모의할 수 있는 수두-유량 관계식이 필요하다. Likewise, structures and other control devices that are not internal to the pipeline can be solved for the above ordinary differential equation by specifying the relationship between head and flow. Therefore, in order to analyze the unsteady flow using the characteristic line method, a head - flow relation which can simulate the behavior of various structures and control devices is needed.

관망 구조물 중 펌프와 밸브는 부정류를 직접 발생시키는 구조물로서 수두-유량 관계식이 정형화되어 있다.
Pump and valve are the structures that directly generate unsteady flow, and the head - flow relation is formulated.

도 5는 경계에서의 특성(Characteristics at Boundaries)을 나타내는 도면이다. 한편, 발생된 수격현상을 감소하고 제어하기 위해 설치되는 조압수조, Air Chamber, 공기밸브 등은 좀 더 복잡한 관계식을 필요로 한다. 또한 저수지나 수요가 있는 지점은 일정한 수두나 수요량을 지정함으로서 경계조건을 적용할 수 있다. 위에서 말한 여러 가지 구조물에 대한 적절한 경계조건을 사용하여야 올바른 해석을 수행할 수 있다.FIG. 5 is a diagram showing characteristics at boundary. FIG. On the other hand, coarse seawater, air chamber, air valve, etc. installed to reduce and control the generated water hammer requires a more complicated relationship. In addition, boundary conditions can be applied by designating a certain number of water reserves or demand points. Proper interpretation can be performed using appropriate boundary conditions for the various structures mentioned above.

상류 저수조의 체적이 충분히 크다고 가정하면, 저수조에서 물의 표면은 관망 유출조건과는 별개로 동일한 수위가 유지된다고 가정할 수 있다. 이는 수학식 64의 형태로 특성방정식에 경계조건으로 나타난다.Assuming that the volume of the upstream reservoir is large enough, it can be assumed that the surface of the water in the reservoir is maintained at the same level, independent of the network drainage conditions. This is expressed as a boundary condition in the characteristic equation in the form of equation (64).

Figure pat00097
Figure pat00097

Figure pat00098
는 저수조의 수위이다. 상류 끝에서는
Figure pat00099
방정식을 가지므로, 수학식 57에 수학식 64을 대입시켜,
Figure pat00100
을 얻을 수 있다.
Figure pat00098
Is the water level of the water tank. At the upstream end
Figure pat00099
Equation (64) is substituted into Equation (57)
Figure pat00100
Can be obtained.

Figure pat00101
Figure pat00101

하류저수조의 수위가 일정하다면 상류저수조의 경우와 유사한 가정이 성립될 수 있는데 이는 수학식 66과 같은 형태로 나타난다.
If the water level of the downstream reservoir is constant, a similar assumption can be established as in the case of the upstream reservoir.

Figure pat00102
Figure pat00102

하류 끝에서

Figure pat00103
방정식을 가지므로, 수학식 56에 수학식 66을 대입하면
Figure pat00104
을 구할 수 있다. At the downstream end
Figure pat00103
Equation (66) is substituted into Equation (56) because Equation
Figure pat00104
Can be obtained.

관로 입구에서 유량정지로 인한 유출량은 0이다. 수학식 67으로 그 경계조건을 표현할 수 있다.
The flow rate due to the flow stop at the pipe inlet is zero. The boundary condition can be expressed by Equation (67).

Figure pat00105
Figure pat00105

한편, 상류 끝이므로

Figure pat00106
을 이용하여, 수학식 57에 수학식 67을 대입하면
Figure pat00107
을 구할 수 있다. On the other hand,
Figure pat00106
, Substituting Equation 67 into Equation 57
Figure pat00107
Can be obtained.

밸브를 통한 에너지 손실은 다음과 같은 방정식으로 나타낼 수 있다(Wylie et al., 1993).
The energy loss through the valve can be expressed by the following equation (Wylie et al., 1993).

Figure pat00108
Figure pat00108

그리고 오리피스 방정식을 이용하여 다음의 수학식 69와 같이 사용될 수 있다.
And can be used as Equation 69 using the orifice equation.

Figure pat00109
Figure pat00109

이때

Figure pat00110
는 밸브 열림 면적(valve opening area)과 유량계수의 곱이다. 정상상태흐름의 밸브를 통한 에너지 손실은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
At this time
Figure pat00110
Is the product of the valve opening area and the flow meter number. The energy loss through the valve in steady-state flow can be expressed as:

Figure pat00111
Figure pat00111

Figure pat00112
Figure pat00112

이때 아래첨자 0은 각 변수의 정상상태를 의미한다. 밸브의 동작을 나타내는데 다음과 같은 무차원 밸브 열림 변수를 이용하고,
The subscript 0 means the steady state of each variable. The following non-dimensional valve opening variables are used to represent the operation of the valve,

Figure pat00113
Figure pat00113

수학식 68을 수학식 70으로 나누거나, 수학식 69을 수학식 71으로 나누고 밸브의 위치가 위치수두가 0인 기준선에 존재한다고 가정하면

Figure pat00114
가 되므로 다음과 같은 수식을 나타낼 수 있다.
If Equation 68 is divided by Equation 70 or Equation 69 is divided by Equation 71 and the position of the valve is located at the baseline where the position head is zero
Figure pat00114
The following equation can be shown.

Figure pat00115
Figure pat00115

위와 같은 특성선 방법을 이용해서 산정한 관망의 유량과 수두값과 실제 관망에서의 데이터 수집을 통해 획득한 유량과 수두값을 비교하며 개발 모형이 실제의 결과와 적합하도록 모형의 매개변수 등을 보정하여 정확한 모의가 가능하도록 한다. The flow and head values of the network calculated using the characteristic line method as described above are compared with the flow and head values obtained through data collection in the actual pipe network, and the parameters of the model are corrected so that the development model matches the actual results So that accurate simulation is possible.

도 6은 모의 결과를 매개 변수 파속도, 마찰 계수를 조작해 가며 보정하는 과정을 나타낸다.
FIG. 6 shows a process of correcting the simulation result by manipulating the parameter wave velocity and the friction coefficient.

<이렇게 보정된 모형을 이용하여 관망 내부의 모든 발생 가능한 수충격 시나리오를 구축한다.> 보정된 모형에서 수충격을 생성하는 주요 인자는 수리학적 구조물의 위치 즉 밸브의 위치와 해당 구조물의 조작 속도이다. 즉 수충격 발생 시나리오를 아래 수학식 74와 같이 표현할 수 있다. < Construct all possible shock impact scenarios within the network using this corrected model > The main factors that generate the water impact in the calibrated model are the location of the hydraulic structure, ie the position of the valve and the speed of operation of the structure . That is, the water shock occurrence scenario can be expressed by the following equation (74).

Figure pat00116
Figure pat00116

여기서 S는 수충격 발생 시나리오이고, Valve(x)는 Valve의 위치, Rate(k)는 밸브 조작 속도이다. 대상 관망의 조작 가능한 모든 밸브에 대해 조작 가능 속도별로 모두 모의를 수행하여 해당 위치 해당 속도에서의 수충격 발생데이터를 모두 수충격 발생 시나리오로 생성한다. 이에 대해 해당 수충격이 최소화할 수 있도록 조작하는 조작 시나리오를 수학식 75와 같이 표현할 수 있다.Where S is the number of shock occurrence scenarios, Valve (x) is the position of the valve, and Rate (k) is the valve operating speed. Simulation is performed for all operable speeds of all operable valves of the target pipe network, and all the water shock occurrence data at the corresponding position corresponding speed is generated as the water shock occurrence scenario. In this case, the operation scenario to be operated so as to minimize the impact of water shock can be expressed as Equation (75).

Figure pat00117
Figure pat00117

여기서 R는 수충격 상쇄를 위한 밸브 조작 시나리오이고, Valve(y)는 조작 Valve의 위치, Rate(k‘)는 밸브 조작 속도이다. 모의를 통해 생성한 수충격 발생 시나리오와 발생 수충격의 최소화를 위한 조작 시나리오를 하나의 데이터 세트로 구성하여 특정 발생 시나리오의 수충격이 발생한 경우 해당 시나리오의 발생 시나리오를 통해 최소화시킨다. 도 7 및 도 8은 시나리오 작동 체계의 개요도이다.Where R is the valve operating scenario for water impact cancellation, Valve (y) is the position of the operating valve, and Rate (k ') is the valve operating speed. The simulation scenarios generated through the simulations and the operation scenarios for minimizing the shocks of occurrence are configured into one data set to minimize the occurrence scenarios of the specific scenarios in the occurrence scenarios. Figures 7 and 8 are schematic diagrams of a scenario operating system.

보다 구체적으로 도 7은 시나리오 생성을 위한 모의 과정을 나타내며, 도 8은 생성 시나리오를 나타낸다.
More specifically, FIG. 7 shows a simulation process for scenario generation, and FIG. 8 shows a generation scenario.

<세 번째는 실시간 밸브 조작( Scenario Based Real Time Valve Control )이다.> 실제 관망에 모니터링 위치에서 실시간으로 수압 데이터를 모니터링 한다. 이때 1,000hz 이상의 고빈도 수압 데이터 획득 장비를 이용하여 데이터 획득 빈도에 의해 발생 수충격이 누락되는 것을 막는다. 여기서 고빈도 수압자료를 획득해야만 하는 이유는 Sampling Rate에 따른 수충격 누락을 피하기 위해서이다. 도 9는 Sampling Rate에 따른 수충격 누락의 예이다. <The third is real-time valve operation ( Scenario Based Real Time Valve Control > Monitor water pressure data in real-time at the monitoring location on the actual pipe network. At this time, the high frequency water data acquisition device of 1,000 hz or more is used to prevent the occurrence of the water shock due to the data acquisition frequency. The reason for obtaining high frequency water pressure data here is to avoid the water drop impact due to the sampling rate. FIG. 9 shows an example of a numerical impact omission due to the sampling rate.

도 9와 같이 수압을 측정하는 빈도가 낮을 경우 수충격이 발생하더라도 이를 수충격으로 인식하지 못하는 경우가 생길 수 있다. 특히 그 충격이 강력한 수충격의 경우 그 주기가 짧기 때문에 데이터의 획득 빈도를 높여야만 측정 가능한 경우가 있다. 항시 관망 모니터링을 수행하다가 만약 수충격이 발생한 경우 구성한 시나리오 데이터베이스를 이용하여 수충격 발생 시 해당 시나리오에 해당하는 조작 방법대로 조작하여 수충격을 최소화한다. 도 10은 본 발명의 총괄 개요를 나타내는 개념도이다.
If the frequency of water pressure measurement is low as shown in FIG. 9, even if a water impact occurs, it may not be recognized as a water impact. Particularly, in the case of a strong impact of the impact, since the period is short, measurement can be made only by increasing the data acquisition frequency. In case of a water impact during the regular pipe network monitoring, use the configured scenario database to minimize the water impact by operating according to the operation method corresponding to the scenario. 10 is a conceptual diagram showing a general outline of the present invention.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
As described above, preferred embodiments of the present invention have been disclosed in the present specification and drawings, and although specific terms have been used, they have been used only in a general sense to easily describe the technical contents of the present invention and to facilitate understanding of the invention , And are not intended to limit the scope of the present invention. It is to be understood by those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

Claims (4)

부정류 해석(Transient Flow Analysis)을 수행하는 제 1 단계;
관망 내부의 모든 발생 가능한 수충격 시나리오를 구축하는 제 2 단계; 및
구축된 시나리오 기반의 실시간 밸브 조작(Scenario Based Real Time Valve Control)을 수행하는 제 3 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법.
A first step of performing a transient flow analysis;
A second step of constructing all possible water impact scenarios within the network; And
A third step of performing a scenario based real time valve control (Scenario Based Real Time Valve Control); Wherein the valve control is based on a scenario-based unsteady flow analysis scenario.
청구항 1에 있어서, 상기 제 1 단계는,
특성선 방법을 이용해서 산정한 관망의 유량과 수두값과 실제 관망에서의 데이터 수집을 통해 획득한 유량과 수두값을 비교하며 개발 모형이 실제의 결과와 적합하도록 모형의 매개 변수로 파속도, 마찰 계수, 마이너 이펙트(Minor effect) 계수를 보정을 수행하며,
상기 제 2 단계는, 상기 제 1 단계의 보정된 모형을 이용하여 실제 관망에 모니터링 위치에서 실시간으로 수압 데이터를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법.
2. The method according to claim 1,
The flow rate and head value of the network calculated using the characteristic line method and the flow rate and head value obtained through data collection in the actual network are compared. The parameters of the model are the wave velocity, friction coefficient , Minor effect coefficient correction is performed,
Wherein the second step monitors hydraulic pressure data in real time at the monitoring location on the actual pipe network using the corrected model of the first step.
청구항 2에 있어서, 상기 제 2 단계는,
보정된 모형에서 수충격을 생성하는 주요 인자는 수리학적 구조물의 위치 즉 밸브의 위치와 해당 구조물의 조작 속도이므로, 수충격 발생 시나리오를
Figure pat00118
(S는 수충격 발생 시나리오이고, Valve(x)는 Valve의 위치, Rate(k)는 밸브 조작 속도)로 나타내며,
대상 관망의 조작 가능한 모든 밸브에 대해 조작 가능 속도별로 모두 모의를 수행하여 해당 위치 해당 속도에서의 수충격 발생데이터를 모두 수충격 발생 시나리오로 생성하며,
수충격이 최소화할 수 있도록 조작하는 조작 시나리오를
Figure pat00119
(R는 수충격 상쇄를 위한 밸브 조작 시나리오이고, Valve(y)는 조작 Valve의 위치, Rate(k‘)는 밸브 조작 속도)로 나타내며,
모의를 통해 생성한 수충격 발생 시나리오와 발생 수충격의 최소화를 위한 조작 시나리오를 하나의 데이터 세트로 구성하여 특정 발생 시나리오의 수충격이 발생한 경우 해당 시나리오의 발생 시나리오를 통해 최소화시키는 것을 특징으로 하는 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법.
The method according to claim 2,
In the calibrated model, the main factor of generating the water impact is the position of the hydraulic structure, ie, the position of the valve and the speed of operation of the structure,
Figure pat00118
(Where S is the water shock occurrence scenario, Valve (x) is the position of the valve, Rate (k) is the valve operation speed)
Simulation is performed on all operable valves of the target pipe network at each operable speed to generate all of the water shock occurrence data at the corresponding position corresponding speed as the water shock occurrence scenario,
Operational scenarios to manipulate to minimize water impact
Figure pat00119
(Where R is the valve operating scenario for water impact cancellation, Valve (y) is the position of the operating valve, Rate (k ') is the valve operating speed)
And the operation scenarios for minimizing the shocks of occurrence of the water shocks generated through the simulation are constituted as one data set to minimize the occurrence scenarios of the occurrence scenarios when the number shocks of the specific occurrence scenarios are generated. A method of water shock mitigation through valve control based on unsteady flow analysis scenario.
청구항 2에 있어서, 상기 제 3 단계는,
항시 관망 모니터링을 수행하다가 만약 수충격이 발생한 경우 상기 제 2 단계에서 구성한 시나리오 데이터베이스를 이용하여 수충격 발생 시 해당 시나리오에 해당하는 조작 방법대로 조작하여 수충격을 최소화하는 것을 특징으로 하는 관망 부정류 해석 시나리오 기반의 밸브제어를 통한 수충격 완화 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the scenario database configured in the second step is used to minimize water impact by operating according to the operation method corresponding to the scenario when water impact occurs, A method of water shock mitigation through scenario - based valve control.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112836447A (en) * 2021-01-28 2021-05-25 西安理工大学 Integrated interactive pipeline transient flow demonstration system and method

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