3방 밸브는 유체 방향을 제어할 수 있도록 3개의 개구를 갖는 다중 포트 구조를 가진다. 그러나 내부 유동의 복잡한 트림 형상으로 인해 불규칙한 유동이 발생하며, 이는 정밀한 유동 제어를 어렵게 한다. 심한 경우에는 유체 방향이 급격히 변화하여 캐비테이션이 유발되고, 이로 인해 기계적 손상이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 3방 밸브의 하부 플러그(bottom plug) 주변에 국소적으로 발생하는 캐비테이션을 추정하기 위해 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 해석을 수행하였다. 국소 캐비테이션을 정량화하기 위해 증기 체적분율(vapor volume fraction, VVF)을 사용하여 캐비테이션 비율(percentage of cavitation, POC)을 도출하였다. POC는 VVF > 0.5를 만족하는 캐비테이션 발생 구역의 부피를 캐비테이션 위험 구역의 부피로 나누어 정의하였으며, 그 값은 34.90%였다. 이 POC 수준에서의 캐비테이션은 기계적 손상을 유발할 수 있으므로 크기 최적화를 수행하였다. 최적화된 하부 플러그의 허리(waist) 및 테일(tail) 영역의 길이를 도출하였고, 그 결과 POC 수준은 19.06% 감소하였다. 또한 유동 가시화 시험 장치를 이용하여 실험을 수행하였다. 실험 결과는 이미지 그래디언트(image gradients) 방법을 통해 POC로 정량화하였으며, 그 결과는 CFD 해석과 잘 일치하였다.
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