[논문]자유표면과 수심깊이가 회전하는 프로펠러 주위 유동에 미치는 영향에 대한 PIV 해석

백부근; 이정엽; 이상준

doi:10.3744/snak.2005.42.5.427

Abstract ▼ AI-Helper

The free surface influenced the wake behind a rotating propeller and its effects were investigated experimentally in a circulating water channel with the variation of water depth. Instantaneous velocity fields were measured using two-frame PIV technique and ensemble-averaged to study the phase-avera...

The free surface influenced the wake behind a rotating propeller and its effects were investigated experimentally in a circulating water channel with the variation of water depth. Instantaneous velocity fields were measured using two-frame PIV technique and ensemble-averaged to study the phase-averaged flow structure in the wake region. For an isolated propeller, the flow behind the propeller is affected only by the propeller rotation speed, the leading on the blades and the proximity of the propeller to the free surface. The phase-averaged mean velocity fields show that the potential wake and the viscous wake developed on the blade surfaces. The interaction between the tip vortices and the slipstream causes the oscillating trajectory of tip vortices. The presence of the free surface greatly affected the wake structure, especially for propeller immersion depth of 0.6D. At small immersion depths, the free surface modified the tip and trailing vortices and the slipstream flow structure downstream of X/D = 0.3 in the propeller wake.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 2-D PIV 기법을 이묨하여 단독으로 회전하는 프로펠러 후류에 대한 자유표면의 영향을 분석하였다. 자유표면은 프로펠러 이ipstream 내부의 축방향 속도를 저하시킬 뿐만 아니라 날개 끝 무근의 축방향 속도 성분을 저하시켜 날개 끝 보 오텍스 거동에 영향을 준다.
본 연구에서는 2차원 PIV기법을 이용하여 단독으로 회전하는 프로펠러 후류에 대한 자유표면의 영향을 살펴보고자 한다.

제안 방법

36° 분 해능의 인코더 동기 신호를 이용하여 CCD 카메라와 레이저를 동기시켰다. 또한 트래버스에 연결된 프로펠러 구동 시스템을 Y축을 따라 위아래로 자유롭게 이동하게 하여 프로펠러가 잠기는 수심 깊이 T를 조절하였다. 본 실험에 사용한 프로펠러는 5개의 날개를 가지며, 하나의 날개에 대해 18º간격으로 4개의 위상으로 나누어 속도장을 측정하였다.
1과 같다. 레이저 평면광을 Fig. 2와 같이 회류 수조 위쪽에서 아래 방향으로 조사하고, 9.1x9.1cm² 크기의 측정 단면에서 속도장을 측정하였다. 컨테이너선의 자항점에서 전진비 (advance ratio)는 J = 0.
실험에 사용한 산란 입자는 silver coated hollow glass 입자이며 평균 직경은 약 10㎛이었다. 프로펠러를 구동시키기 위하여 인코더(encoder)가 내장된 서보모터를 이용하였고 0.36° 분 해능의 인코더 동기 신호를 이용하여 CCD 카메라와 레이저를 동기시켰다. 또한 트래버스에 연결된 프로펠러 구동 시스템을 Y축을 따라 위아래로 자유롭게 이동하게 하여 프로펠러가 잠기는 수심 깊이 T를 조절하였다.
37rps이었 다. 프로펠러에 날개에 걸리는 하중이 어떻게 프로펠러 후류에 영향을 미치는가를 알아보기 위해 전진비가 0.59(고하중), 0.72(설계하중), 0.88(저하중)에서 속도장을 측정하였다. 실험시 자유흐름 속도는 32.

대상 데이터

또한 트래버스에 연결된 프로펠러 구동 시스템을 Y축을 따라 위아래로 자유롭게 이동하게 하여 프로펠러가 잠기는 수심 깊이 T를 조절하였다. 본 실험에 사용한 프로펠러는 5개의 날개를 가지며, 하나의 날개에 대해 18º간격으로 4개의 위상으로 나누어 속도장을 측정하였다. 이때 2개의 레이저 펄스 사이의 시간 간격 N는.
프로펠러 후류의 속도장 측정을 위한 2차원 PIV 시스템은 Nd:Yag 레이져, 한 대의 CCD 카메라, 카메라 이송장치, 영상 처리 장치, 제어 및 계산용 컴퓨터 등으로 이루어져 있다. 사용한 CCD 카메라의 해상도는 2048x2048 pixelsOI 며, 한 번에 2개의 프레임씩 쌍으로 유동영상을 취득하였다. 프로펠러 후류 측정을 수행한 회류 수조의 시험부 제원은 120l X 30w x 25h cm³ 이다.
프로펠러 후류 측정을 수행한 회류 수조의 시험부 제원은 120l X 30w x 25h cm³ 이다. 속도장 측정을 위해 사용된 프로펠러는 KRISO 3600TEU 컨테이너선을 위한 KP505 모델이며 제원은 Fig. 1과 같다. 레이저 평면광을 Fig.
5cm/s로 고정시켰는데 프로펠러 직경에 기초한 레이놀즈수는 약 18000이었다. 실험에 사용한 산란 입자는 silver coated hollow glass 입자이며 평균 직경은 약 10㎛이었다. 프로펠러를 구동시키기 위하여 인코더(encoder)가 내장된 서보모터를 이용하였고 0.

데이터처리

300 ㎛로 고정하였다. 각각의 위상각에 대해 400장 외 순간 속도장을 얻고 이들을 앙상블 통계 처리하여 평균 속도장, 평균 와도 분포 등을 구하였다.

성능/효과

5) 안쪽에서 나타나고 있음을 뚜렷이 볼 수 있다. 프로펠러의 slipstream에서 점성후류가 날개 끝에 비해 작아 짐을 알 수 있으며 X/D = 0.3에서 최대의 속도 손실을 보인 후 하류로 나아감에 따라 점차 속도 손실이 회복됨을 알 수 있다. 일반적으로 낮은 레이놀즈 수에서는 프로펠러 날개 표면 위에서 층류 경계층이 형성되므로 경계층의 ' 유동박리 (separation)가 난류 경계층보다 빨리 일어나게 된다.

참고문헌 (6)

백부근, 이상준, 2002a, '위상평균 PTV 기법을 이용한 프로펠러 반류의 속도장 측정,' 대한조선학회 논문집, 제 39 권, 제 3 호, pp. 41-47
백부근, 이상준, 2002b, 'Stereoscopic PIV 기법을 이용한 프로펠러 반류의 3 차원 속도장 측정,' 제 2 회 한국유체공학학술대회 논문집, pp.185-188
백부근, 이상준, 2003, 'PIV를 이용한 프로펠 후류의 속도장 계측,' 대한조선학회 논문집, 제 40권, 제 5호, pp. 17-25
Cotroni, A., Di, Felice F., Romano, G.P. and Elefante, M., 2000, 'Investigation of the Near Wake of a Propeller Using Particle Image Velocimetry,' Exp. in Fluids, Vol. 29, pp. S227-236

상세보기
Lee, S.J. and Paik, B.G., 2004, 'Stereoscopic PIV measurements of Flow around a Marine Propeller,' J. of Visualization, Vol. 7(1) , pp. 25-32

상세보기
Paik, B.G. Lee, C.M and Lee, S.J., 2005, 'Comparative measurements on the flow structure of a marine propeller wake between an open free surface and closed surface flows,' J. of Marine Sci. & Tech., VoI.10(3), pp.123-130

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

자유표면과 수심깊이가 회전하는 프로펠러 주위 유동에 미치는 영향에 대한 PIV 해석
PIV Analysis of Free Surface Effects on Flow Around a Rotating Propeller with Varying Water Depth 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

성능/효과

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

자유표면과 수심깊이가 회전하는 프로펠러 주위 유동에 미치는 영향에 대한 PIV 해석 PIV Analysis of Free Surface Effects on Flow Around a Rotating Propeller with Varying Water Depth 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

성능/효과

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

백부근 (39) 이정엽 (4) 이상준 (87)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

자유표면과 수심깊이가 회전하는 프로펠러 주위 유동에 미치는 영향에 대한 PIV 해석
PIV Analysis of Free Surface Effects on Flow Around a Rotating Propeller with Varying Water Depth 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper