[논문]슬래밍에 의한 쐐기형 구조물 주위의 유동특성에 관한 실험적 연구

오승진; 조대환

doi:10.7837/kosomes.2013.19.2.213

슬래밍에 의한 쐐기형 구조물 주위의 유동특성에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on the Flow Characteristics around Wedge Type Structure by Slamming 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.19 no.2 = no.55, 2013년, pp.213 - 218

오승진 (목포해양대학교 대학원) , 조대환 (목포해양대학교 기관시스템공학부)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 자유낙하 하는 쐐기형 구조물의 슬래밍 충격압력 및 유동특성을 알아보고자 실험을 수행하였다. 유동장의 계측은 2-프레임 그레이레벨 상호상관 PIV 기법을 이용하였으며, 자유낙하 하는 구조물의 충격압력은 압력 계측장비인 Dewetron System을 이용하였다. 모델과 자유수면간 이루는 각도는 $15^{\circ}$, $25^{\circ}$, $35^{\circ}$ 및 $45^{\circ}$를 적용하였으며 중량과 자유낙하의 높이에 대해서 다양성을 주어 실험하였다. 속도장은 접수보다 이수에서 빠른 유동특성을 나타냈으며, 접수에서 보다 이수에서 시간이 더 소요됨을 보였으며, 모델 하부에서의 충격압력은 모델의 45도에서 보다, 입수각이 작은 15도와 P1 지점에서 높게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents are experimental investigation to figure out slamming impact pressure and flow characteristics of a wedge type structure in free fall. The flow field has been obtained by 2-frame grey level cross correlation PIV(Particle Image Velocimetry) method, the impact presure of free fall structure by a pressure acquisition system apply to Dewetron system. The angles between a model and the free surface are adapted $15^{\circ}$, $25^{\circ}$, $35^{\circ}$ and $45^{\circ}$ respectively. Velocity field of water exit has higher better than water entry. The impact pressure under the bottom of the model ha been appeared higher values at 15 degrees than 45 degrees, and also at P1.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

, 2007). 본 연구에서는 수면과 접하는 쐐기형 모델의 입수각도별 자유낙하실험을 기반으로 충격압력 및 순간속도분포 특성을 고찰하였으며, 선저경사각에따른 추가 연구의 기초자료를 확보함으로 인해 선박의 대형화 및 고속화로 인해 발생되는 슬래밍에 의한 충격압력을 분석하여 선박의 안전 및 구조물의 설계에서 요구되는 강판의 두께와 형상 결정을 위해 연구하고자 한다.

제안 방법

0 kg 중량의 쐐기형 모형을 300 mm 높에에서 자유 낙하시켜 슬래밍 현상을 재현한 실험을 고속카메라로 촬영하여 연속 사진으로 나타냈고 모형의 충격으로 발생하는 유동을 가시화 하였다. 그리고 충격압력획득 시 이처럼 영상을 확인하면서 자유수면과 이루는 모형의 입수각이 정확하도록 반복실험을 하였다.
슬래밍 현상은 실험적 연구로 Bakerand Keary(1920), von karman(1929)에 의해서 해상비행기가 낙하 시 작용하는 압력의 변화에 대한 선구적인 연구가 수행되었다. 또한, 천수에서 박스형 구조물이 접수할 경우 나타나는 유동현상을 확인하였고 접수충격에 의해 모델의 바닥에서 접선방향의 흐름이 발생하며 정지상태의 유체에 모델이 접수 시 위쪽으로 상승하는 천수파의 메커니즘을 파악하였다(Kang et al., 2009). 북태평양과 인도양을 항해하는 실선을 대상으로 선수 플레어 슬래밍 압력 계측자료를 토대로 선수 슬래밍 압력의 최대압력 도달시간에 대한 분석결과를 제시하였다(Lee et al.
자유낙하 시 모델이 흔들리지 않고 수면에 낙하 하도록 평균 10회 이상의 자유낙하 실험을 하면서 고속카메라로 촬영한 후 영상을 확인하여 정확히 수직으로 낙하한 실험결과의 데이터로 분석하였다. 슬래밍 현상의 재현을 위해 실시한 실험 Case는 모형의 입수각도, 중량 및 자유낙하높이의 다양성에 따라 총 36가지의 Case로 분리하여 충격압력실험을 하였으며, 충격압력의 결과를 바탕으로가시화 실험을 하였고 Case는 중량과 자유낙하높이의 최소와 최대를 선택해서 총 18가지로 실험하여 속도장을 계측하였다. 유동장 계측을 위한 실험조건은 Table 1과 같으며 자유낙하 하는 모델을 접수(Water entry)와 이수(Water exit)로 구분하였으며, 유동추적에 사용된 고속카메라의 해상도는 초당 125프레임으로 촬영하여 유동정보를 계측하였다.
3은 모형의 형상과 압력센서의 부착위치 및 전자석을 이용한 자유낙하를 위해 모형의 길이방향 중앙에 연결부위(Magnetic connect)를 설치한 것을 도시한 것이다. 압력획득을 위해 모형의 길이방향 끝단 모서리로부터 50 mm 간격으로 모형의 좌측면 중앙으로 부터 P1, P2, P3 및 P4의 센서를 설치하여 충격압력을 계측하였으며 발생되는 충격압력은 모형의 대칭형상으로 인해 한쪽면의 압력만을 획득하였으며 실험에서 요구하는 충격압력과 유동장의 해석요건에 충분하다.
슬래밍 현상의 재현을 위해 실시한 실험 Case는 모형의 입수각도, 중량 및 자유낙하높이의 다양성에 따라 총 36가지의 Case로 분리하여 충격압력실험을 하였으며, 충격압력의 결과를 바탕으로가시화 실험을 하였고 Case는 중량과 자유낙하높이의 최소와 최대를 선택해서 총 18가지로 실험하여 속도장을 계측하였다. 유동장 계측을 위한 실험조건은 Table 1과 같으며 자유낙하 하는 모델을 접수(Water entry)와 이수(Water exit)로 구분하였으며, 유동추적에 사용된 고속카메라의 해상도는 초당 125프레임으로 촬영하여 유동정보를 계측하였다.
0 kg이다. 자유낙하 시 모델이 흔들리지 않고 수면에 낙하 하도록 평균 10회 이상의 자유낙하 실험을 하면서 고속카메라로 촬영한 후 영상을 확인하여 정확히 수직으로 낙하한 실험결과의 데이터로 분석하였다. 슬래밍 현상의 재현을 위해 실시한 실험 Case는 모형의 입수각도, 중량 및 자유낙하높이의 다양성에 따라 총 36가지의 Case로 분리하여 충격압력실험을 하였으며, 충격압력의 결과를 바탕으로가시화 실험을 하였고 Case는 중량과 자유낙하높이의 최소와 최대를 선택해서 총 18가지로 실험하여 속도장을 계측하였다.
제작된 모델의 각도(θ)는 자유수면을 기준으로 15°, 25°, 35° 및 45°를 적용하였으며 모델의 자유낙하높이는 100, 200 및 300 mm에서 수행하였다.

대상 데이터

, 2009). 실험에 사용한 광원은 직진성과 반사성이 우수한 500㎽의 광다이오드를 집적화한 2차원 광원을 계측영역에 조사하여 Fig. 2와 같이 실험하였다.

성능/효과

각도가 15°에서 25°로 10° 증가했을 때 최대압력은 약 13 % 감소하고 최소압력은 약 10 % 감소하는 결과를 나타냈다.
고속카메라를 이용한 시간-영상 분석을 통해 접수보다 이수에서 시간이 더 소요되는 결과를 나타냈다.
동일입자추적을 통한 유동특성은 접수보다 이수에서 모델의 경사각에 관계없이 높은 속도분포를 보였다.
또한, 25°와 비교했을 때 최대압력은 약 4 % 감소했고 최소압력은 약 18 % 감소했다.
, 1999)은 강체주위에서 접수와 이수문제로 이루어지는 유동해석에서 수치해석을 통해 강체에 작용하는 유체충격력을 계산하였다. 또한, 접수와 이수에서 발생되는 강체의 상승속도를 비교했을 때 이수에 대해 자세한 자료를 얻지 못해 자유수면 밖으로 나가는 속도를 제한하였지만, 본 실험에서는 이러한 문제점을 해결 하였으며 접수보다 이수의 시간이 더 지체되는 결과를 얻었다.
충격압력실험으로 나타난 결과를 바탕으로 충격압력이 가장 높게 나타난 Case(15°-300 mm-2.0 kg)와 가장 낮게 나타난 Case(35°-100 mm-1.5 kg)를 비교하여 속도분포를 나타냈다.

후속연구

본 연구에서는 다양한 해양파의 유입에 따른 유체동역학적 충격하중에 대해 확대 해석하는 데는 한계를 가지고 있어 이에 대한 단계적인 추가 연구가 필요하며 선저경사각에 따른 자유 또는 강제낙하에 대한 점진적 연구가 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 슬래밍 충격압력과 유동 특성을 계측하여 얻은 결과는 무엇인가?	쐐기형 모형에서 충격압력이 클수록 에어포켓의 형성 또한 비례해서 커지며, 이는 모형과 수면이 접하는 경사각의 각도가 커질수록 충격압력이 작아지며, 에어포켓의 영향을 받는다. 동일입자추적을 통한 유동특성은 접수보다 이수에서 모델의 경사각에 관계없이 높은 속도분포를 보였다. 고속카메라를 이용한 시간-영상 분석을 통해 접수보다 이수에서 시간이 더 소요되는 결과를 나타냈다.
	슬래밍 현상의 발생 원인은 무엇인가?	선체나 해양구조물의 하부가 파도에 의해 수면과의 충격으로 발생하는 슬래밍(Slamming) 현상은 충격력으로 압력변화 및 구조물의 변형을 야기함으로 인해 중요한 연구의 대상이 된다(Park et al., 1999).
	실험의 수행을 위해 제작된 모형의 입수각도는 무엇인가?	실험의 수행을 위해 제작된 모형의 입수각도 θ는 모형이 자유낙하 후 수면과 처음으로 접하는 각도이다. 제작된 모델의 각도(θ)는 자유수면을 기준으로 15°, 25°, 35° 및 45°를 적용하였으며 모델의 자유낙하높이는 100, 200 및 300 mm에서 수행하였다.

참고문헌 (8)

Baker, G. S. and E. M. Keary(1920). Experiments with Full-Sized Machines, British A.R.C. Reports and Memoranda No 683, pp. 1-10.
Kang, H. D, S. H. Oh and S. H. Kwon(2009), An Experimental study on shallow water effect in slamming, Journal of the Society of Naval Architects of Korea , Vol. 23, No. 1, pp. 60-66.
Lee, C. J. and D. H. Cho(2009), A study on PIV measurement of unsteady flow around disk caused by slide type valve quick closing, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety Vol. 15, No. 3, pp. 251-256.
Lee, J and A. W. Philip(2010), Experimental study of the hydro-impact of slamming in a modern racing sailboat, Journal of Sailboat Technology, article 2010-01, pp. 1-29
Lee, T. K, C. W. Rim, Y. N. Kim, J. H. Heo and B. H. Kim(2007), A study on measurement of flare slamming of large container vessel(II) Characteristic analysis of measured slamming pressure, Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 44, No. 3, pp. 279-284.

원문보기 상세보기
Park, I. R. and H. H. Chun(1999), Analysis of flow around a rigid body on water-entry & exit problems, Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 36, No. 4, pp. 37-47.
Park, J. S., S. H. Oh, S. H. Kown and J. Y. Chung(2009), A study on slamming impact pressure, Journal of the Society of Naval Architects of Korea Vol. 23, No. 1, pp. 67-73.
von Karman, T.(1929), The Impact of Seaplane Floats during Landing, N.A.C.A. TN321 Washington, pp. 1-8.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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