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전산 유체 해석에 의한 자동차 운반선 내부 환기 시스템 평가
Assessment of Ventilation System for Ro/Ro Ship Using CFD 원문보기

大韓造船學會 論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.42 no.1, 2005년, pp.10 - 17  

이승수 (충북대학교 구조시스템공학과) ,  김학선 (충북대학교 구조시스템공학과) ,  천승현 (한국 하이프레스㈜)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Due to emission of vehicles during loading/unloading, ventilation system in Roll-on/Roll-off ship is inevitable; however it is very difficult to predict the ventilation performance before it is finally built in. Although the requirements for the ventilation system include air change rate and maximum...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • ACR의 요구 조건은 일반적으로 수분 내에 전체 화물 적재 공간에 대한 1회의 공기 순환을 요구한다. 따라서 본 연구에서는 AIR2가 방출이 시작되고 일정 시간(T)이 경과한 후에 내부의 순환율을 평가하였다.
  • 제시된 기법을 이용하여 해석을 수행하였으며, 시간 변화에 따른 순환율의 변화는 물론 정체영역 발생 가능 위치와 범위를 추정하였다. 또한 차량의 탑재/하역 시에 발생하는 일산화 탄소(CO)의 농도 변화에 미치는 환기 설비의 영향을 간접적으로 평가하는 방법을 제시하였다.
  • 본 논문에서는 전산 유체 역학 (Computational Fluid Dynamics)을 이용한 자동차 운반선 환기 설비의 환기 성능 평가 기법을 제시하였다. 다중물질이송 (Multi-species transport) 관점에서 새로운 공기의 질량분율 (mass fraction)을 순환율로 정의하고, 환기구를 통하여 방출된 공기가 화물
  • 본 연구에서는 ACR의 정량적인 평가가 어려운 현상을 고려하여 앞에서 기술한 바와 같이 기존 공기의 유동장이 형성된 내부 용적에 환기구에서 방출된 새로운 공기 AIR2의 질량 분율(Mass fraction)로서 순환율을 평가하였다.
  • I960)에서 환기구를 통하여 방출된 공기가 화물 적재 공간 내부의 기존 공기를 대체하는 순환 특성을 직접 해석함으로써 보다 현실적 인 평가 방법을 제시하였다. 본 연구에서는 전체 대상 공간내의 새로운 공기의 질량분율 (mass faction)을 순환율로 정의하여, 시간 변화에 따른 순환율의 변화를 고려하여 차량의 탑재/하역 시에 발생하는 일산화탄소(CO)의 농도 변화에 미치는 환기 설비의 영향을 간접적으로 평가하는 방법을 제시하였다. 본 논문의 전산 유동 해석은 유한체 적법 (Finite Volume Method)에 기반을 둔 상용 프로그램인 FLUENT를 이용하였으며, 2방정식을 이용한 k-ε 난류 모델을 적용하였다.
  • 본 연구에서는 환기 설비의 조건 변화에 따른 환기 성능을 평가하기 위하여 전체 송풍량, 환기구의 위치 및 환기구 별 송풍량을 변화시키며 해석을 수행하였다. Table 1은 본 논문에서 고려한 해석의 경우와 관련된 설비 특성을 나타낸다.
  • 2에 지정된 환기 설비 각 위치에서의 환기구 형상율 나타낸다. 본 연구에서는 같은 크기의 환기구를 배치하되 기존 실적선에서 이용되는 8K와 풍량이 같은 경우 토출 풍속 증가를 기대할 수 있는 4개의 경우를 고려하여 그 영향을 평가하였다. 참고로, 통상 환기구의 토출 풍속이 8 m/s 이하가 되도록 권장하고 있다.
  • 이에 본 논문에서는 자동차 운반선의 화물 적재 공간과 환기 설비를 전산 모델링하고, 전산 유체 역학 (Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 내부 유동을 분석하고 이로부터 설계된 환기 설비의 환기 성능을 평가하고자 한다. 특히 환기 성능을 내부 유동 속도나 유동 특성만이 아니라 다종물질 이송 (Multi-species transport) 관점 (Bird et al.

가설 설정

  • 그러나 이 경우 선내 환기 성능에 영향을 미치는 차량의 배치와 이에 따른 전산 격자계가 동시에 변하여야 하므로 전산 해석을 수행하는 것은 현실적으로 어렵다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 CO의 방출을 직접 포함하는 대신, 일정시간동안 방출된 CO가 화물공간 내에 균일하게 분포되어 있고, Fig. 7에 보인 바 있는 순환율의 시간변화에 의해 방출된다고 가정하였다.
  • 본 연구에서는 차량 1대의 방출 CO의 양을 0.75m3/h로 설정하였으며, 동시에 탑재 또는 하역 중인 차량은 10대로 가정하였다. 그 결과 1시간 동안 탑재/하역이 이루어지는 경우 대상 화물 적재 공간의 CO 농도 변화는 Fig.
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참고문헌 (11)

  1. 김선영, 김연규, 2001, '사항중인 선체 주위의 점성유동 Ptks 및 조종유체력에 선미 형상이 미치는 영항,' 대한조선학회 논문집, 제 38권, 제 3호, pp. 30-37 

  2. 부경태, 한재문, 송인행, 신수철, 2003, 'FLUENT 코드를 이용한 타 단면의 점성 유동 해석,' 대한조선학회 논문집, 제 40권, 제 4호, pp. 1-14 

  3. 윤정환, 이상중, 김기환, 1997, 'TLC와 컬러화 상처리를 이용한 자동차 실내 환기유동의 온도장 측정,' 한국자동차공학회 논문집, 제 5권, 제 1호, pp. 120-128 

  4. 정한식, 정효민, 김경근, 1997, '환기구를 가진 실내공간에서 복사 및 대류 열전달의 비교 연구,' 한국박용기관학회지, 제 21권, 제 3호, pp. 229-235 

  5. 조대환, 이영호, 2001, '선박에서 유체기계 및 환기성능평가를 위한 PIV의 적용' 한국박용기관학회지, 제 25권, 제 3호, pp. 540-551 

  6. Appleman, B.R., 2000, 'Ventilation and Dehumidification of Ship Ballast Tanks for Blasting and Coating Work,' J. Protective Coatings & Linings, Vol. 17, No. 4, pp. 43-52 

  7. Bird, R.B., Stewart, W.E. and Lightfiit, E.N., 1960, Transport Phenomena, Wiley 

  8. Choi, M.S., Cho, D.H. and Park, C.S., 2000, 'A Study on Ventilation Characteristics of Cargo-oil Pump Room,' Proc. 4th JSME-KSME Thermal Eng., Kobe 

  9. Kim, M.E., Kim, D.C., Cho, D.H. and Lee, Y.H., 2000, 'Experimental and Numerical Study on Ventilation Characteristics of Hood Room for LNG Carrier,' Proc. 9th Int. Symp. Fluid Visualization 

  10. Persson, R., 1980, 'Cargo Space Ventilation in RO-RO Ships,' Shipbuilding and Marine Eng. Int., Vol. 103. No. 1235, pp. 16-23 

  11. SIS Handbook 150, 1982, Clean air in Ro/Ro cargo spaces 

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