볼 밸브는 중공의 천공된 볼이 피벗하여 그를 통과하는 유체의 흐름을 제어하는 유량 제어 장치로 널리 사용된다. 구조가 단순하고 완전 개방 또는 완전 폐쇄 상태를 위해 스템이 필요한 회전이 단지 1/4턴에 불과하므로, 볼 밸브는 정밀한 유량 제어를 제공하지는 못하지만 내구성이 우수하며 차단 성능이 뛰어난 것으로 알려져 있다. V-포트 볼 밸브는 선형적이고 동일한(동등 백분율) 유량 특성을 갖도록 하기 위한 대안으로 사용되나, V자 형상의 작은 끝단 개구에서 더 높은 속도의 작동 유체를 사용할 경우에는 밸브가 손상될 수 있으므로 견고한 구조가 요구된다. 본 연구에서는 구조적 개념 설계를 통해 원통-인-볼(cylinder-in-ball) 밸브를 제안하였으며, 개구는 유로의 중심에서 시작하도록 하였다. 유동 특성과 개구율에 따른 유량은 전산유체역학 해석을 통해 정량적으로 평가하였다. 그 결과, 유량 계수(CV)는 1.05~109.87 범위로 개구율 20~100% 구간에서 지수적으로 증가하였다. 또한 캐비테이션의 영향을 확인하기 위해 다상 유동에 대한 수치해석을 수행하여 증기 체적 분율을 계산하였다. 더불어 제안된 원통-인-볼 밸브를 유량 제어 밸브로 적용하는 타당성을 검증하기 위해 CV 값에 대한 실험을 수행하였다. 실험 결과와 수치해석 결과 간의 CV 값은 양호한 일치도를 보였다.

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