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잠수함 난류항적 기술을 위한 무차원 난류 에너지 분포함수 B(ξ) 예측
Analytical Solution of Non-dimensional Turbulent Kinetic Energy Distribution Function in the Turbulnet Wake behind a Submarine 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.18 no.1, 2015년, pp.31 - 36  

이용철 (해군사관학교 교수부 이학처)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

To describe turbulent wake behind a submarine, it is very important to know turbulent kinetic energy distributions in the wake. To get the distribution is to solve the turbulent kinetic energy equation, and to solve the equation, it is needed both information of ${\lambda}$ and ${\si...

주제어

#Submarine's Turbulent Wake   #Turbulent Kinetic Energy Distribution Fuction  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 λ가 가질 수 있는 다양한 값에 대한 수치해(Numerical Solution)를 제시하고, λ와 수치해와의 연관성을 찾음으로써, σ에 대한 정보가 없는 상황에서도 비교적 정확한 형태의 난류 에너지 방정식의 해를 예측하고자 한다.
  • 본 연구에서는 잠수함 항적난류를 기술하기 위해 난류에너지 방정식의 해 B(ξ)를 주어진 λ에 대한 해석적 방법을 통해 근사할 수 있는 방안을 제시하였다. 이를 통해 주어진 λ에 대하여 고유치인 σ에 대한 정보 없이도 B(ξ)를 근사할 수 있으며 수치해와 비교시 상대적 오차가 대부분의 구간에서 수 % 내외로 매우 정확하게 근사하고 있음을 알 수 있다.

가설 설정

  • 그러나 위 결과는 잠수함 난류항적이 존재할 수 있다고 판단되는 양 극한의 경우로 서, 실제 잠수함 추진 시 발생하는 난류의 λ값은 2 ≤ λ ≤ 8 사이의 임의 값이 될 수 있으므로 본 장에서는 임의의 λ값을 가정하고 그에 대응하는 B(ξ)를 예측하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
잠수함 스크류 회전에 의해 생성되는 난류는 어떤 역할을 하는가? 잠수함 스크류 회전에 의해 생성되는 난류는 주변과 대비되는 운동에너지(TKE : Turbulent Kinetic Energy) 집합체로서 확산을 통해 그 영역을 넓히게 된다. 에너지 확산 과정에서 최초 생성된 거대 난류는(Large Scale Turbulent) 보다 작은 규모의 난류로 분화하면서 항적이 유지되도록 에너지를 공급하는 역할을 하나, Kolmogorov Length Scale 이하 크기의 미소 난류(Small Scale Turbulent) 유체 입자간 점성효과에 의해 자신의 운동에너지를 열에너지로 전환 후 소멸함으로써 난류항적의 에너지를 제거하는 역할을 한다. 따라서 난류가 생성 후 소멸하기 까지 지속 유지되는 구간이 존재하게 되는데 이 구간을 에너지 준 평형 구간(QuasiEquilibrium State[1], Fig.
난류 에너지 방정식에서 잠수함만이 난류의 유일한 생성원이라 가정할 수 있는 이유는? 잠수함 추진 시 스크류 회전에 의해 발생하는 난류의 에너지가 해양환경에 의해 생성된 주변 난류에 비하여 매우 높기 때문에 잠수함만이 난류의 유일한 생성원이라 가정할 수 있으며 이 경우 유체점성에 의한 난류에너지 증가량은 난류의 에너지에 비하여 매우 작으므로 준 식의 두 번째 항은 무시되어 다음과 같이 표현된다.
에너지 준 평형 구간이란? 에너지 확산 과정에서 최초 생성된 거대 난류는(Large Scale Turbulent) 보다 작은 규모의 난류로 분화하면서 항적이 유지되도록 에너지를 공급하는 역할을 하나, Kolmogorov Length Scale 이하 크기의 미소 난류(Small Scale Turbulent) 유체 입자간 점성효과에 의해 자신의 운동에너지를 열에너지로 전환 후 소멸함으로써 난류항적의 에너지를 제거하는 역할을 한다. 따라서 난류가 생성 후 소멸하기 까지 지속 유지되는 구간이 존재하게 되는데 이 구간을 에너지 준 평형 구간(QuasiEquilibrium State[1], Fig. 1 참조).
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참고문헌 (6)

  1. Monin, Yaglom, "Statistical Fluid Mechanics : Mechanics of Turbulence," Vol. 2, 2nd Printing, p. 351, 1981. 

  2. Lee, "The Detectability of Submarine's Turbulent Wake on the Sea Surface using Ship-Wake Theory," The Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, Vol. 15-4, 2011. 

  3. Monin, Yaglom "Statistical Fluid Mechanics : Mechanics of Turbulence," Vol. 1, 2nd Printing, p. 381, 1981. 

  4. A. Y. Benilov, "Ship-Wake Turbulence," Numerical Methods in Laminar and Turbulent Flow, Vol. 10, pp. 253-264, 1997. 

  5. H. Tennekes, J. L. Lumley, "A First Course in Turbulence," 13th, MIT Press, 1990. 

  6. G. Zilman, A. Zapolski, M. Marom, "SAR Imaging of Ship Wakes and Inverse Ship Wake Problem," IWWWFB Workshop, 2004. 

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