KR20170025049A - 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치는, 수중체의 초월 캐비테이션을 관측하기 위한 터널 관측부 전단에 위치되고, 터널 관측부로 유입되는 물의 유동을 균일하게 하는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치에 있어서, 터널 관측부로부터 배출된 물이 순환하여 주입되는 입구가 형성되고, 입구의 직경에 비하여 점차적으로 큰 직경을 갖도록 입구로부터 연장된 유입확관부와, 유입확관부의 가장 큰 직경과 동일한 직경을 가지며 유입확관부로부터 연장된 몸체부와, 몸체부의 직경에 비하여 점차적으로 작은 직경을 갖도록 몸체부로부터 연장되고 터널 관측부와 연결된 배출축관부를 포함하며, 순환하는 물이 유입확관부를 통해 감소되고, 몸체부에서 깊이에 따라 동일한 유속을 이루게 되므로, 터널 관측부로 유입되는 물의 난류 형성이 최소화됨으로써, 터널 관측부에 유동하는 순환수의 유동이 안정화되는 효과가 있는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치를 제공한다.

Description

공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치{CIRCULATING FLOW EQUALIZED DEVICE for bubble collecting}
본 발명은 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캐비테이션이 발생되는 터널 관측부로 유입되는 물의 유동을 균일하게 하는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치에 관한 것이다.
초월 캐비테이션(SUPER CAVITATION)은, 수중체를 기포로 덮으면 물속에서의 마찰 저항이 공기 중의 마찰 저항과 유사하게 되는 현상을 지칭한다.
초월 캐비테이션을 발생시키기 위한 방법으로는 수중체 선단부를 특정 형상으로 설계하고, 수중체가 임계속도 이상으로 이동시 특정 형상에 의해 수중체 선단에 기포가 발생되도록 하는 방법과, 수중체 선단부에 직접 공기 또는 가스를 분사함으로써 기포를 발생시키는 방법이 있다.
그러므로, 수중체의 항력을 감소시키기 위한 수중체 형상 설계에 있어 캐비테이션 특징을 아는 것이 매우 중요하다.
일반적으로, 캐비테이션 시험은 밀폐된 순환 터널 내에 수중체를 장착한 상태에서 일정한 유속으로 물을 순환시켜, 수중체가 일정 속도로 추진되고 있는 것과 같은 상황을 인위적으로 형성하는 순환식 캐비테이션 터널이라는 장치에 의해 수행된다.
터널에 순환하는 물은 외부로 배출되지 않으므로, 시험 시간이 길어질수록 캐비테이션 발생 및 시험 장치에 의해 물속에 함유된 기포의 양은 증가 된다.
즉, 시험 시간이 길어질수록 시험 오차가 더 커지고, 정확한 캐비테이션 시험 결과를 얻기 어려워진다.
한편, 캐비테이션 모형 실험을 하기 위하여 물을 터널에 가득 채우게 되면, 터널 형상에 따라 부분적으로 채워지지 않은 공간에 공기가 존재하게 된다.
이러한 공간에 물을 주입하여 공기를 제거하지 않고 모형 캐비테이션 시험을 수행할 경우, 순환 터널을 순환하는 유동 내에 엄청난 기포(bubble)가 생성된다.
이러한 경우 기포에 의하여, 캐비테이션 관찰을 어렵게 할 가능성이 크고, 프로펠러 형상에 의한 캐비테이션 발생량을 증가시킬 수 있다.
또한, 터널 내부에 순환하는 물의 유동장을 불안정하게 하여 유동장의 균일도를 떨어뜨리며, 캐비테이션 발생량 및 거동의 일관성(REPEATABILITY)을 떨어뜨릴 수 있다.
그러나, 터널 설계 및 제작 시 발생 가능한 오차를 최소화하기에는 설계 및 제작 난이도가 불필요하게 상승되며, 터널에 존재 가능한 물이 채워지지 않는 공간에 별도로 물을 채우는 것 또한 어려운 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1508982호(2015.03.31.) 대한민국 등록특허공보 제10-1283320호(2013.07.02.)
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 초월 캐비테이션 시험 중 수중체를 향해 유동하는 물의 유동장을 안정시키는 초월 캐비테이션 순환수 유동 균일화 장치를 제공하는 것이다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 다른 목적은, 순환수에 함유된 기포를 제거함으로써 더 정확한 초월 캐비테이션 시험 결과를 얻을 수 있도록 하는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치를 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치는, 수중체의 초월 캐비테이션을 관측하기 위한 터널 관측부 전단에 위치되고, 터널 관측부로 유입되는 물의 유동을 균일하게 하는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치에 있어서, 터널 관측부로부터 배출된 물이 순환하여 주입되는 입구가 형성되고, 입구의 직경에 비하여 점차적으로 큰 직경을 갖도록 입구로부터 연장된 유입확관부와, 유입확관부의 가장 큰 직경과 동일한 직경을 가지며 유입확관부로부터 연장된 몸체부 및, 몸체부의 직경에 비하여 점차적으로 작은 직경을 갖도록 몸체부로부터 연장되고 터널 관측부와 연결된 배출축관부를 포함한다.
또한, 유입확관부의 길이방향 중심축과 수직을 이루도록 유입확관부에 내장된 타공판을 더 포함할 수 있다.
또한, 유입확관부에 타공판이 다수개 내장되고, 다수개의 타공판에 형성된 타공의 직경과 조밀도가 각기 다를 수 있다.
또한, 몸체부는, 몸체부의 외형을 형성하는 외측면부에 돌출 형성되고, 물에 함유된 기포가 포집되는 돌출부 및, 몸체부와 배출축관부의 접점에 위치되고, 물의 흐름을 균일하게 하는 허니컴부를 포함할 수 있다.
또한, 돌출부는, 외측면부의 내측에 원뿔 또는 다각뿔 형상의 공간을 형성할 수 있다.
또한, 몸체부는, 돌출부 내부에 포집된 공기를 배출하거나, 선택적으로 돌출부 내부와 외부를 연통하도록, 돌출부에 관통 장착된 석션파이프를 포함할 수 있다.
또한, 터널 관측부와 입구를 연결하고, 터널 관측부로부터 배출된 물을 입구로 유도하도록 다수번 굴곡진 순환파이프를 더 포함할 수 있다.
또한, 터널 관측부와 순환 파이프 사이에 장착되고, 터널 관측부로부터 배출된 물의 유속을 감속하는 확산부를 더 포함할 수 있다.
또한, 순환파이프는, 순환파이프 내부에 존재하는 물을 가압하는 펌프 및, 순환파이프의 굴곡부분에 형성되고 내부에 댐핑(Damping)부재가 내장된 가이드 베인을 포함할 수 있다.
또한, 입구와 터널 관측부의 길이방향 중심축이 동축을 이루고, 입구의 직경이 터널 관측부의 직경 보다 클 수 있다.
위와 같은 본 발명의 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치에 따르면, 순환하는 물이 유입확관부를 통해 감소되고, 몸체부에서 깊이에 따라 동일한 유속을 이루게 되므로, 터널 관측부로 유입되는 물의 난류 형성이 최소화됨으로써, 터널 관측부에 유동하는 순환수의 유동이 안정화되는 효과가 있다.
또한, 기포가 제거된 상태의 물이 터널 관측부에 유입되므로, 외부 요인이 아닌 초월 캐비테이션 발생에 의한 기포 발생을 더 정확히 계측할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 가이드 베인이 순환파이프 굴곡부분에 형성되므로, 굴곡부분에 물이 마찰함에 따라 발생되는 소음과 진동이 최소화되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 초월 캐비테이션 순환수 유동 균일화 장치가 장착된 초월 캐비테이션 터널 시스템의 개요도,
도 2는 도 1의 초월 캐비테이션 순환수 유동 균일화 장치의 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참고로, 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치가 장착된 초월 캐비테이션 터널 시스템의 개요도이고, 도 2는 도 1의 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치의 단면도이다.
본 발명의 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치(100)는, 수중체의 초월 캐비테이션을 관측하기 위해, 초월 캐비테이션 터널 시스템(CS)에 포함되고, 터널 관측부(TO) 전단에 위치되 터널 관측부(TO)로 유입되는 물의 유동을 균일하게 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 초월 캐비테이션 터널 시스템(CS)은, 수중체의 초월 캐비테이션을 관측하기 위한 터널 관측부(TO)와, 터널 관측부(TO)로부터 배출되는 물의 유속을 감속시키기 위해 확관되는 확산부(E)와, 확산부(E)와 본 발명의 일실시예의 초월 캐비테이션 순환 유동 균일화 장치(100)를 연결하는 순환파이프(RP)를 포함한다.
순환파이프(RP)는, 제1 기둥부(L1), 하단부(B) 및 제2 기둥부(L2)를 포함한다.
제1 기둥부(L1)는, 확산부(E)의 일단으로부터 지면에 수직하게 연장된다.
하단부(B)는, 제1 기둥부(L1)의 일단으로부터 본 발명의 일실시예의 초월 캐비테이션 순환 유동 균일화 장치(100), 터널 관측부(TO) 및 확산부(E)와 수평하도록 연장된다.
제2 기둥부(L2)는, 하단부(B)의 일단으로부터 지면에 수직하게 연장되고, 본 발명의 일실시예의 초월 캐비테이션 순환 유동 균일화 장치(100)와 연결된다.
또한, 순환파이프(RP)는, 순환파이프(RP) 내부에 존재하는 물을 가압하는 펌프(PP)와, 순환파이프(RP)의 굴곡부분(C)에서 물에 의한 진동이 최소화되도록 순환파이프(RP)의 굴곡부분(C)에 형성된 가이드 베인(GV)을 포함할 수 있다. 가이드 베인(GV) 내부에는 감쇄(DAMPING) 소재가 삽입된다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치(100)는, 유입확관부(110), 타공판(120), 몸체부(130) 및 배출축관부(140)를 포함한다.
유입확관부(110)는, 터널 관측부(TO)로부터 배출된 물이 순환하여 주입되는 입구(111)가 형성되고, 입구(111)의 직경에 비하여 점차적으로 큰 직경을 갖도록 입구(111)로부터 연장된다.
타공판(120)은, 유입확관부(110)의 길이방향 중심축과 수직을 이루도록 유입확관부(110)에 내장된다. 본 발명의 일실시예에서는, 총 3개의 타공판(120)이 유입확관부(110)에 내장된다.
이때, 타공판(120)의 두께, 타공판(120)에 형성된 타공(H)의 직경 및 조밀도는 유입확관부(110)에 유입된 순환수의 예측 속도 및 배출축관부(140)를 통해 터널 관측부(TO)로 유입될 순환수의 목표 속도를 감안하여 결정되는 것이 바람직하다.
몸체부(130)는, 유입확관부(110)의 가장 큰 직경과 동일한 직경을 가지며 유입확관부(110)로부터 연장된다.
몸체부(110)는, 몸체부(110)의 외형을 형성하는 외측면부에 돌출형성되고, 물에 함유된 기포가 포집되는 돌출부(131) 및, 몸체부(130)와 배출축관부(140)의 접점에 위치되고, 물의 흐름을 균일하게 하는 허니컴부(132)를 포함한다.
또한, 몸체부(110)는, 돌출부(131)에 포집된 공기를 외부로 배출하거나, 선택적으로 돌출부(131) 내부와 외부를 연통하도록, 외측면부에 관통 장착된 석션파이프(133)를 포함한다.
돌출부(131)는, 원뿔 또는 다각뿔 형상으로 몸체부(130)의 내측면이 외측을 향해 돌출됨으로써 물에 포함된 기포가 포집되는 공간을 형성한다.
본 발명의 일실시예에서 돌출부(131)는 몸체부(130) 상단면에 사각뿔 형태로 총 2개가 돌출형성된다. 석션파이프(133)의 작동을 제어하는 제어부(미도시), 돌출부(131) 내부의 압력변화를 감지하고 제어부로 신호를 보내는 압력센서(미도시) 및 돌출부(131) 내부 공기를 외부로 배출하는 진공펌프(미도시)가 돌출부(131) 일측에 구비된다. 즉, 석션파이프(133)에 구비된 진공펌프를 가동시켜 능동적으로 돌출부(131) 내부 공기를 외부로 배출할 수 있다.
이와 다르게, 석션파이프(133)를 통해서 돌출부(131)를 대기에 개방하고, 대기에 돌출부(131)를 노출시키는 것도 가능하다.
이러한 경우, 대기 변화에 의해서 돌출부(131)로 포집된 공기가 대기로 흩어지게 된다. 즉, 수동적으로 돌출부(131)에 포집된 공기를 외부로 배출하는 것 또한 가능하다.
배출축관부(140)는, 몸체부(130)의 직경에 비하여 점차적으로 작은 직경을 갖도록 몸체부(130)로부터 연장되고 터널 관측부(TO)와 연결된다.
본 발명의 일실시예에서, 유입확관부(110), 몸체부(130), 배출축관부(140) 및 터널 관측부(TO)의 길이방향 중심축은 동축을 이룬다.
또한, 유입확관부(110)는, 입구(111)의 직경이 터널 관측부(TO)의 직경 보다 크도록 제작된다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치(100)의 작동을 설명하면 다음과 같다.
펌프(PP)가 가동됨에 따라, 초월 캐비테이션 터널 시스템(CS)에 내장된 순환수가 유입확관부(110)로 유입된다. 이때, 유입확관부(110)의 내경이 점차적으로 커짐에 따라, 유입확관부(110)로 유입된 순환수의 유속은 느려진다.
또한, 타공판(120)에 의하여 유속이 더 낮아지게 되고, 타공(H)을 통과함에 따라, 동일 깊이에서의 순환수의 유속과 흐름 방향이 동일해 진다.
몸체부(130)로 유입된 순환수의 흐름은 지속되고, 순환수의 상부로 기포가 이동된다.
즉, 돌출부(131)로 순환수에 함유된 기포가 이동된다. 이후, 돌출부(131)에 구비된 석션파이프(133)를 통해 기포가 외부로 배출된다.
몸체부(130)에 구비된 허니컴부(132)를 통해 동일 깊이에서의 순환수의 흐름 방향이 더 동일하게 유도된다.
일정하게 좁아지는 배출축관부(140)를 지나면서 동일 깊이에서의 순환수 유속은 일정하게 증가하게 되고, 궁극적으로 동일 깊이에서 동일한 유속과 동일한 흐름방향을 가지도록 유도된다.
이에 따라서, 배출축관부(140)를 통해서 터널 관측부(TO)로 유입되는 물의 난류 형성이 최소화된다. 또한, 순환수에 함유되었던 기포도 제거된다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치를 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100: 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치
110: 유입확관부 111: 입구
120: 타공판 130: 몸체부
131: 돌출부 132: 허니컴부
133: 석션파이프 140: 배출축관부
CS: 초월 캐비테이션 터널 시스템 TO: 터널 관측부
E: 확산부 RP: 순환파이프
PP: 펌프 GV: 가이드베인
L1: 제1 기둥 L2: 제2 기둥
B: 하단부

Claims (10)

  1. 수중체의 초월 캐비테이션을 관측하기 위한 터널 관측부 전단에 위치되고, 상기 터널 관측부로 유입되는 물의 유동을 균일하게 하는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치에 있어서,
    상기 터널 관측부로부터 배출된 물이 순환하여 주입되는 입구가 형성되고, 상기 입구의 직경에 비하여 점차적으로 큰 직경을 갖도록 상기 입구로부터 연장된 유입확관부;
    상기 유입확관부의 가장 큰 직경과 동일한 직경을 가지며 상기 유입확관부로부터 연장된 몸체부; 및
    상기 몸체부의 직경에 비하여 점차적으로 작은 직경을 갖도록 상기 몸체부로부터 연장되고 상기 터널 관측부와 연결된 배출축관부;를 포함하는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유입확관부의 길이방향 중심축과 수직을 이루도록 상기 유입확관부에 내장된 타공판을 더 포함하는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유입확관부에 상기 타공판이 다수개 내장되고,
    상기 다수개의 타공판에 형성된 타공의 직경과 조밀도가 각기 다른 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부는,
    상기 몸체부의 외형을 형성하는 외측면부에 돌출 형성되고, 물에 함유된 기포가 포집되는 돌출부; 및
    상기 몸체부와 상기 배출축관부의 접점에 위치되고, 물의 흐름을 균일하게 하는 허니컴부;를 포함하는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 외측면부의 내측에 원뿔 또는 다각뿔 형상의 공간을 형성한 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 몸체부는,
    상기 돌출부 내부에 포집된 공기를 배출하거나, 선택적으로 상기 돌출부 내부와 외부를 연통하도록, 상기 돌출부에 관통 장착된 석션파이프를 더 포함하는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 터널 관측부와 상기 입구를 연결하고, 상기 터널 관측부로부터 배출된 물을 상기 입구로 유도하도록 다수번 굴곡진 순환파이프를 더 포함하는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 터널 관측부와 상기 순환 파이프 사이에 장착되고, 상기 터널 관측부로부터 배출된 물의 유속을 감속하는 확산부를 더 포함하는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 순환파이프는,
    상기 순환파이프 내부에 존재하는 물을 가압하는 펌프; 및
    상기 순환파이프의 굴곡부분에 형성되고 내부에 댐핑(Damping)부재가 내장된 가이드베인;을 포함하는 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 입구와 상기 터널 관측부의 길이방향 중심축이 동축을 이루고,
    상기 입구의 직경이 상기 터널 관측부의 직경 보다 큰 공기포집을 위한 순환수 유동 균일화 장치.
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