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문제 정의
- 특히 용기의 가속 및 감속 시간이 슬로싱의 강도에 미치는 영향을 분석함으로써 슬로싱을 감소시킬 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. 또한, 본 연구를 통해 용기의 속도 프로파일을 잘 설계함으로써 별도의 제어 장치 없이 슬로싱을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 보여주고자 하였다.
- 본 연구에서는 사각 용기를 수평방향으로 이송시킬 때 발생하는 슬로싱 현상에 대한 수치해석을 수행하여, 용기의 가감속 시간이 슬로싱에 미치는 영향을 분석하였다. 용기의 이송 방법으로는 가속 후 등속 운동을 하는 경우와 가속 후 감속하여 정지하는 경우 두 가지를 고려하였다.
- 가속 시간과 감속 시간은 ta로 동일하며 용기의 속도 프로파일은 삼각형 모양이 된다고 가정한다. 이 절에서는 산업현장의 설계 문제로서, 2초 이내에 용기를 0.5 m 이송시키되 용기가 정지한 이후에 액체의 잔류 진동을 최소화하는 조건을 찾고자 한다. 본 연구에서는 설계 변수에 해당하는 용기의 이송시간(2ta)으로 1.
- 이러한 배경 하에 본 연구에서는 액체 용기를 한 지점에서 다른 지점으로 빠르게 이송시킬 때 발생하는 슬로싱의 특성에 대해 연구하였다. 특히 용기의 가속 및 감속 시간이 슬로싱의 강도에 미치는 영향을 분석함으로써 슬로싱을 감소시킬 수 있는 방안을 제시하고자 하였다.
- 이제, Fig. 2(a)에 나타낸 것과 같이 용기를 정지상태에서 시간 ta 동안 가속시킨 후 등속 운동을 하는 경우를 살펴보자. 3.
- 이러한 배경 하에 본 연구에서는 액체 용기를 한 지점에서 다른 지점으로 빠르게 이송시킬 때 발생하는 슬로싱의 특성에 대해 연구하였다. 특히 용기의 가속 및 감속 시간이 슬로싱의 강도에 미치는 영향을 분석함으로써 슬로싱을 감소시킬 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. 또한, 본 연구를 통해 용기의 속도 프로파일을 잘 설계함으로써 별도의 제어 장치 없이 슬로싱을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 보여주고자 하였다.
가설 설정
- 2(b)와 같이 용기가 가속 후 감속하여 한 지점에서 다른 지점으로 이송되는 경우를 고려하자. 가속 시간과 감속 시간은 ta로 동일하며 용기의 속도 프로파일은 삼각형 모양이 된다고 가정한다. 이 절에서는 산업현장의 설계 문제로서, 2초 이내에 용기를 0.
- 75 m이다. 물의 초기 높이(h0)는 0.3 m이며, 물과 공기의 온도는 15℃로 가정하였다. 해석에 사용된 격자는 직사각형 모양으로 x와 y 방향으로 각각 50개와 160개를, 시간 간격 Δt는 0.
- 본 연구에서는 삼각형 모양의 속도 프로파일을 이용하여 용기를 이송시킬 때, 가속 시간과 감속 시간이 동일하다고 가정하였다. 이는 실제 현장에서 일반적으로 가감속 장치가 허용하는 범위 내에서 빠르게 이송시키기를 원하기 때문이다.
- 용기의 이송에 의해 발생하는 유체 유동은 2차원, 비점성, 비압축성이라 가정하였고, 유체 유동을 해석하기 위해 상용 프로그램인 Fluent를 사용하였다. 본 연구에서는 자유표면의 동적 거동을 예측하기 위해 VOF(Volume of fluid) 2상 유동 (Two-phase) 모델을 사용하였다.
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