수력 성능평가 설비는 모델수차의 성능을 종합적으로 평가하는 시험설비로써 높은 신뢰도가 요구되는 장치이다. 때문에 시험 전후로 교정을 실시하는 등 신뢰도 확보를 위한 운영이 필수적이다. 이와 같은 맥락에서 시험에 사용되는 폐루프 내의 유동 안정화는 매우 중요한 요소이다.
이러한 탱크 혹은 압력용기에 대한 연구는 1940년대에 시작되어 다방면으로 이루어져 왔다. 초기에는 Birchall 등1)과 같이 압력용기의 제작에 관련된 내용이나, Barsom2)의 논문처럼 저장장치로써의 탱크의 외력에 대한 저항에 관한 연구가 주류를 이루었다. 이후 원자력 산업과 관련하여 압력용기의 설계에 대한 연구에 불이 붙었는데, Ritchie 등3)의 연구와 Beremin 등4)의 연구가 이에 속한다.
이와 같은 경향은 국내 연구로도 이어져 김일 등5)은 원자로에 사용되는 압력용기에 대하여 가압 열충격에 대한 안전성 평가 방안에 대한 연구를 수행하였고, 김천욱6)은 압력용기의 설계에 대한 이론을 정립하고자 하였으며, 조승연 등7)은 압력용기의 차폐에 대한 연구를 수행하였다. 김청균 등8)은 자동차용 수소 압력용기에 대한 연구를 수행하여 최근 대두 되고 있는 수소 연료전지를 이용한 자동차 개발에 기여하였다. 그러나 수력분야에 사용되는 압력탱크에 대한 국내 연구는 미진한 것이 사실이다.
본 논문에서는 수력 성능평가에 사용되는 압력탱크에 내부구조물을 설치하여 내부 유동을 안정화시켜 압력탱크의 크기를 소형화하기 위한 방안을 도출하고자 하였다. 이를 위해 격벽, 사판 등의 내부 구조체를 삽입한 각각의 케이스 별로 전산유동해석을 수행하여 유동특성을 분석하였다.
