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가설 설정
- 날개 주위의 유체는 물(Z)과 증기(0의 혼합물 (/77)이며 비압축성 난류유동의 특성을 갖는다고 가정한다. 혼합류의 지배방정식은 질량과 모멘텀 보존 식인 연속방정식과 Reynolds averaged Navier- SK)kes 식이며 다음과 같이 표현된다.
- 여기서 실선은 점성 유동 이론으로부터 구한 캐비티이고 점선은 비점성 유동 이론으로부터 구한 캐비티이다. 점성유동이론으로부터 구한 캐비티는 10%의 vapor volume fraction 에서 발생한다고 가정하였다.(7=0.
제안 방법
- NACA66 단면 주위의 비공유동특성과 공동유동 특성을 캐비테이션 모형을 이용한 점성 유동 이론을 이용하여 수치해석하였다. 공동유동에 영향을 미치는 변수인 받음각, 날개두께비, 캐비테이션 수, 레이놀즈 수의 영향에 대해 조사하였다.
- 여러가지 받음각에서의 비공동. 공동유동과 날개두께비 변화에 따른 유동특성을 조사하였다.
- 수치해석하였다. 공동유동에 영향을 미치는 변수인 받음각, 날개두께비, 캐비테이션 수, 레이놀즈 수의 영향에 대해 조사하였다. 이러한 변수들의 적합한 조합으로 캐비테이션 형태에 따른 유동특성 변화, 축척효과, 형상효과, 캐비테이션 붕괴 영역의 유동특성 그리고 양항력비 비교를 통한 효율 등을 분석하였다.
- 01x108는 실제 선박의 타에 적용한 값이다. 그리고 날개두께비가 공동유동에 미치는 영향을 조사하기 위하여 3가지 경우의 t/c=0.06, O. 09, 0.12)에 대해 계산을 수행하였다.
- 1992, 1993)을 사용하였다. 대상날개는 실험 결과가 있는 NACA66 을 사용하였으며 받음각(a), 날개 두께비(t/c), 캐비테이션 수hr), 레이놀주 수 (Ra/) 등이 비공동 및 공동유동에 미치는 영향을 연구하였다.
- 사용하였다. 벽 경계조건으로 계산 시간의 효율성을 고려하여 벽함수를 사용하였다. 그리고 #를 변화시킴으로써 σ의 값을 조절하였다.
- 공동유동에 영향을 미치는 변수인 받음각, 날개두께비, 캐비테이션 수, 레이놀즈 수의 영향에 대해 조사하였다. 이러한 변수들의 적합한 조합으로 캐비테이션 형태에 따른 유동특성 변화, 축척효과, 형상효과, 캐비테이션 붕괴 영역의 유동특성 그리고 양항력비 비교를 통한 효율 등을 분석하였다. 본 연구는 최근 대형 고속 컨테이너 운반선의 혼 타에서 자주 발생하고 있는 캐비테이션에 기인한 타 침식을 최소화하는 타를 설계하기 위한 기초 자료로 활용될 예정이다.
- 입구면 경계조건은 균일류의 유입속도 성분을 사용하였으며 출구면 경계조건은 일정한 값의 정압력을 사용하였다. 벽 경계조건으로 계산 시간의 효율성을 고려하여 벽함수를 사용하였다.
대상 데이터
- 대상형상은 아ien and Dimotakis(1989)가 수행한 모형시험과 동일한 형상인 NACA66 두께 및 a=0.8 평균선 캠버분포를 선택하였다. 주요 형상 요소로는 camber ratio(ec)=0.
이론/모형
- Bubble 의 성장과 붕괴를 추정하기 위하여 (6) 식으로 주어진 Rayleigh-Plesset식을 사용하였다.
- exchange coefficient om. Re 와 Rc는 증기의 생성과 액화를 나타내고, 다음에 표현되는 Rayleigh—Plesset 식을 사용하여 구하였다.
- 캐비테이션 모형은 Reyleigh-Plesset 식을 이용하였다. 격자생성은 GRIDGEN 을 사용하였으며 수치해석은 FLUENT V6.2 를 사용하였다. 비점성 유동 이론을 이용한 캐비테이션 유동해석은 저차패널법 및 비선형 캐비테이션 이론(Kirmas et al.
- 공간이산화 처리는 cell-centered 유한체 적법을, 시간이산화는 1차 implicit 법을 사용하였다. 대류항과 volume fraction 은 QUICK scheme 을, 확산항은 중앙차분법을 사용하였으며, 속도-압력 연성은 SIMPLEC algorithm 을 적용하였다.
- 이다. 난류 closure 를 위하여 realizable E; 난류모형을 사용하였다.
- 공간이산화 처리는 cell-centered 유한체 적법을, 시간이산화는 1차 implicit 법을 사용하였다. 대류항과 volume fraction 은 QUICK scheme 을, 확산항은 중앙차분법을 사용하였으며, 속도-압력 연성은 SIMPLEC algorithm 을 적용하였다.
- 본 연구에서는 캐비테이션 모형과 점성이론을 이용한 수치적 방법으로 증기의 volume of fraction 을 계산함으로써 캐비테이션 성능을 추정하는 기법을 사용하였다. 수치해석을 위한 지배방정식은 물과 증기의 혼합류에 대한 모멘텀 수송방정식인 Reynolds averaged Navier-Stokes 식과 캐비테이션 모형을 이용한 증기 수송방정식이다.
- 2 를 사용하였다. 비점성 유동 이론을 이용한 캐비테이션 유동해석은 저차패널법 및 비선형 캐비테이션 이론(Kirmas et al. 1992, 1993)을 사용하였다. 대상날개는 실험 결과가 있는 NACA66 을 사용하였으며 받음각(a), 날개 두께비(t/c), 캐비테이션 수hr), 레이놀주 수 (Ra/) 등이 비공동 및 공동유동에 미치는 영향을 연구하였다.
- 기법을 사용하였다. 수치해석을 위한 지배방정식은 물과 증기의 혼합류에 대한 모멘텀 수송방정식인 Reynolds averaged Navier-Stokes 식과 캐비테이션 모형을 이용한 증기 수송방정식이다. 캐비테이션 모형은 Reyleigh-Plesset 식을 이용하였다.
- 수치해석을 위한 지배방정식은 물과 증기의 혼합류에 대한 모멘텀 수송방정식인 Reynolds averaged Navier-Stokes 식과 캐비테이션 모형을 이용한 증기 수송방정식이다. 캐비테이션 모형은 Reyleigh-Plesset 식을 이용하였다. 격자생성은 GRIDGEN 을 사용하였으며 수치해석은 FLUENT V6.
성능/효과
- 이러한 압력역전 영역은 받음각이 클수록 크게 나타난다. 따라서 tic 가 클수록 leading edge sheet cavitation 이 발생할 가능성은 낮으나 mid-chord cavitation 이 발생할 가능성은 높다는 것을 추론할 수 있으며 Fig. 7 과 Fig. 8 에서 확인할 수 있다.
후속연구
- 표면 압력계수에 대한 Rn효과는 거의 없으나 mid-chord cavitation 이 발생하는 경으 Rn 효과는 leading edge sheet cavitation 이 발생하는 경우와 비교하여 상대적으로 큼을 알 수 있다. 그러나 이러한 수치해석 결과는 검증자료가 아직 부족하므로 앞으로 많은 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 이러한 변수들의 적합한 조합으로 캐비테이션 형태에 따른 유동특성 변화, 축척효과, 형상효과, 캐비테이션 붕괴 영역의 유동특성 그리고 양항력비 비교를 통한 효율 등을 분석하였다. 본 연구는 최근 대형 고속 컨테이너 운반선의 혼 타에서 자주 발생하고 있는 캐비테이션에 기인한 타 침식을 최소화하는 타를 설계하기 위한 기초 자료로 활용될 예정이다.
- Mid-chord cavitation 인 경우, 비점성 유동 이론으로부터 구한 Vc 와 모두 점성 유동 이론으로부터 구한 값과 많은 차이가 있다. 비점성유동 해석인 경우, 경계조건을 캐비티표면이 아닌 날개 표면에서 만족시켰으므로 날개두께에 비해서 캐비티 두께가 큰 경우 Vc 추정에 오차가 있을 것으로 사료되므로 이에 대한 연구가 필요하다.
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