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공기 윤활법은 선박의 마찰저항을 감소시키는 데 있어 가장 효과적인 방법 중 하나이다. 공기 윤활법의 실선 적용에 앞서 공기층의 거동에 영향을 줄 수 있는 다양한 인자에 대한 시뮬레이션을 수행하여 그 효과를 알아보고자 하였다. CFD 시뮬레이션을 위하여 상용 소프트웨어인 FLUENT를 사용하였으며 격자는 격자 생성 프로그램인Pointwise를 이용하여 생성하였다. 공기 윤활법의 성공적인 적용에 있어 가장 중요한 요소는 공기층의 안정성이며, 안정적인 공기층을 형성하는 데 있어서 선저부의 형상이 매우 중요하다. 본 논문 에서는 선저부 형상에 따라 공기층의 안정성이 어떠한 특징을 나타내는지 알아보기 위하여 CFD 시뮬레이션을 이용하였다. Flat bottom과 Cavity bottom 두 가지 형상에 대하여 같은 조건에서 같은 양의 공기를 분사하였을 때, 전체적인 저항 감소 효과가 어떻게 나타나는 지를 비교하였다. 또한 공기 윤활법에서 공기 압축성의 효과를 살펴보기 위하여 비압축성 시뮬레이션과 압축성 시뮬레이션을 비교하였다. 공기는 압축성 기체임에도 불구하고 많은 연구에서 비압축성 시뮬레이션으로 계산을 수행하고 있는데, 과연 그러한 방법이 타당한지 알아보고자 하였다. 우선 단순한 형상의 압축성 시험 모델부터, ...

공기 윤활법은 선박의 마찰저항을 감소시키는 데 있어 가장 효과적인 방법 중 하나이다. 공기 윤활법의 실선 적용에 앞서 공기층의 거동에 영향을 줄 수 있는 다양한 인자에 대한 시뮬레이션을 수행하여 그 효과를 알아보고자 하였다. CFD 시뮬레이션을 위하여 상용 소프트웨어인 FLUENT를 사용하였으며 격자는 격자 생성 프로그램인Pointwise를 이용하여 생성하였다. 공기 윤활법의 성공적인 적용에 있어 가장 중요한 요소는 공기층의 안정성이며, 안정적인 공기층을 형성하는 데 있어서 선저부의 형상이 매우 중요하다. 본 논문 에서는 선저부 형상에 따라 공기층의 안정성이 어떠한 특징을 나타내는지 알아보기 위하여 CFD 시뮬레이션을 이용하였다. Flat bottom과 Cavity bottom 두 가지 형상에 대하여 같은 조건에서 같은 양의 공기를 분사하였을 때, 전체적인 저항 감소 효과가 어떻게 나타나는 지를 비교하였다. 또한 공기 윤활법에서 공기 압축성의 효과를 살펴보기 위하여 비압축성 시뮬레이션과 압축성 시뮬레이션을 비교하였다. 공기는 압축성 기체임에도 불구하고 많은 연구에서 비압축성 시뮬레이션으로 계산을 수행하고 있는데, 과연 그러한 방법이 타당한지 알아보고자 하였다. 우선 단순한 형상의 압축성 시험 모델부터, 실험 모델 크기, 실선 크기 순으로 계산을 수행하여 공기층의 발달 정도를 측정하였다. 이어서 User defined function을 이용하여 입구 난류 유동 조건을 적용해 보았다. 실제 선박 적용 시 고려해야 할 입구 유동은 난류 유동이다. 균일 유동에서 안정적인 공기층 발달 양상을 보였더라도, 난류 유동에서는 어떠한 양상을 보일지 예측하기 어렵다. 따라서 보다 세밀하고 실선에 적용 가능한 공기 윤활법 시뮬레이션을 결과를 얻기 위하여 입구 유동을 난류유동으로 고려해야 할 필요성이 있다. 마지막으로 최적 공기 공급 유량 조건이 어떠한 인자에 영향을 받는지, 격자 크기에 따라 어떤 양상을 보이는지 CFD 시뮬레이션을 통하여 확인해 보았다. 상선의 특성상 만재 배수량 대비 경하 배수량이 낮을수록 적재성이 뛰어나므로 공기 펌프의 용량이 작을수록 유리하다. 또한 공기 펌프의 가동에 드는 비용이 공기 윤활법으로 절약할 수 있는 비용에 비해 크다면 공기 윤활법의 적용자체가 무의미 하다. 따라서 공기층을 유지할 수 있는 최적 입구 압력 조건을 찾고, 그에 따른 선박 운용 비용을 예측할 수 있다면 공기 윤활법의 실선 적용에 앞서 득실 여부를 판단 할 수 있는 좋은 자료가 될 수 있을 것이다.

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