R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C129886-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 실시간 변이 모델(RTTM)을 이용한 동토 자원이송망 원격 진단 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-04-01 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 김성민 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
11명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 196,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 196,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 성균관대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
본 연구는 동토 자원이송망의 원활한 자원운송과 내부 유동안정성 확보를 위하여 파이프 결함의 주원인인 슬러그 유동에 대한 역학 해석 모델을 개발하고 실시간 변이 모델(Real Time Transient Model, RTTM)을 이용하여 전체 파이프라인 유동장 및 내압 변화를 원격으로 모니터링 할 수 있는 실시간 진단 알고리즘 그리고 파이프 관내 슬러그 유동 발생을 억제하거나 발생 구간을 제한할 수 있도록 새로운 유동 조건을 제시하는 원격 진단 프로그램 개발을 목표로 함 [최종목표] - 다상 유동 예측 프로그램 (TRL2 →TRL4) * 세계 최고 수준 슬러그 유동 모델로서 관련 분야 평가모델로 활용 * 상용코드 대체로 수입대체효과 - 실시간 원격 진단 프로그램 (TRL2 →TRL4) * 파이프라인 내부 유동 시뮬레이션 시장 경쟁력 확보를 위한 기반 마련 * 원천특허 확보로 실증 및 이전을 통한 R&D 활성화 기여 ？ 최종 목표 - 최종 목표는 동토 자원운송망(내압 : 110 bar 이하, 관경 : 1 m이하)에 소수의 온도 및 압력 센서를 일정 거리마다 설치하여 파이프라인 전체에 대한 내부 압력 및 유동장을 실시간 변이 모델(RTTM)을 이용하여 예측하고 슬러그 유동 회피 방안을 제시하는 실시간 원격 진단 프로그램을 개발하는 것으로 전체 파이프라인에 대한 진단 및 보수 비용의 획기적 절감을 가져올 수 있음 ① 슬러그 다상 유동 역학해석 모델 (TRL1→TRL4) ② 고압조건(110bar 이하) 하 관내 유동장 및 내압 예측이 가능한 다상 유동 예측 프로그램 (TRL2→TRL4) ③ IOT센서 기반 파이프라인 내부 압력 및 유동장 예측 알고리즘 (TRL2→TRL4) ④ 파이프라인 구간별 결함 발생 지점 예측 및 슬러그 유동 회피 방안을 제시하는 실시간 원격 진단 프로그램 (TRL2→TRL4) [연구내용 및 범위] - 슬러그 유동에 대한 이론 정립 및 물리적 해석을 토대로 기존 다상유동 데이터를 이용하여 슬러그 유동 역학해석 모델을 개발하고 실험실 수준에서 실증 및 개선 - 슬러그 유동 역학해석 모델과 슬러그 유동 외 다른 유동장에 대한 기존 모델들을 이용하여 통합 다상 유동 예측 프로그램을 개발. 이후 OLGA와 같은 상용 예측 프로그램의 예측 결과들과 실제 현장 데이터와 비교하여 정확도 검증 - 파이프라인 일정 구간마다 온도, 압력 센서를 설치하여 소수의 IOT센서만으로 전체 파이프라인에 대한 내부 압력 및 유동장을 실시간 예측할 수 있는 알고리즘을 개발하고 이를 바탕으로 파이프라인 구간별 결함 발생 가능 구간 예측 및 작동 조건 조절을 통해 슬러그 유동 회피 방안을 제시하는 실시간 원격 진단 프로그램을 개발 1) 다상 유동 예측 프로그램(TRL2 →TRL4) - 채널 내 다상유동에 관한 연구 데이터를 수집하여 다상 유동 특성에 관한 중요 성능 인자를 판별하고 슬러그 유동에 대한 이론 정립 및 물리적 해석을 통해 슬러그 유동 역학해석 모델을 개발함 - 실험실 수준의 다상 유동 실험 장비를 구축하고 슬러그 유동에 관한 데이터를 수집하여 개발한 슬러그 유동 역학해석 모델을 검증하고 개선함 - 상용 유체 해석 프로그램을 이용하여 슬러그 유동에 대한 수치해석 모델을 개발하고 그 해석결과를 실제 데이터와 비교하여 수치해석 모델의 정확성을 검증함 - 슬러그 유동에 대한 수치해석 모델을 이용하여 실험으로 확인할 수 없는 주요 인자들을 검증하고 슬러그 유동 역학해석 모델을 개선함 - 슬러그 외 다른 유동장에 대한 기존 역학모델 및 상관식들 그리고 본 과제에서 개발할 슬러그 유동 역학해석 모델을 이용하여 모든 관내 다상 유동장에 대해 예측이 가능한 통합 다상 유동 예측 프로그램을 개발함 - 본 과제에서 개발할 다상 유동 예측 프로그램과 OLGA와 같은 상용 다상 유체 유동 프로그램의 예측 결과들을 실험 데이터와 압력값을 비교하여 다상 유동 예측 프로그램의 완성도를 검증함 2) 실시간 원격 진단 프로그램 (TRL2 →TRL4) - 파이프라인 일정 구간마다 온도, 압력 센서를 설치하여 소수의 센서만으로 전체 파이프라인에 대한 내부 압력 및 유동장을 실시간 예측할 수 있는 알고리즘을 개발함 - 본 과제에서 개발된 내부 압력 및 유동장을 예측하는 알고리즘을 바탕으로 전체 파이프라인 중 결함 발생 가능 구간을 진단하고 여기에 더하여 파이프라인 구간별 압력, 온도 조절을 통해 슬러그 유동 회피 방안을 제시하는 실시간 원격 진단 프로그램을 개발 |
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| 색인어 | 한글 | 슬러그 유동 | 역학모델 | 실시간 변이 모델 | 진단알고리즘 | 자원이송망 |
| 영문 | Slug flow | Mechanistic mode | Real Time Transient Model | Diagnostic algorithm | Pipeline | |
| 최종보고서 | 최종보고서(김성민 연구책임자).pdf | |||||