선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 1MW OTEC 구조물의 운동 응답에 대한 수치 및 시험 연구를 수행하였다. 본 논문에서 얻은 결론은 다음과 같다.
- 본 연구에서는 1MW 발전용량의 해수온도차발전용 부유체의 운동 성능에 대한 수치해석 및 모형시험 연구를 진행하였다. 팔각형 형상을 지닌 세반형 부유체는 운동 성능향상을 위해 댐퍼를 설치하였으며, 댐퍼가 설치된 1MW 해수온도차발전 구조물 은 규칙파, 불규칙파, 조류 중 불규칙파 조건에 대해 응답 특징을 확인하였다.
제안 방법
- 10은 적도해역의 100년 주기 환경조건에 대해 조류의 영향을 나타낸 것이다. 검정 실선은 IRW03에 해당하는 파랑만 존재하는 경우의 전후동요와 좌우동요의 모형시험 시계열이며, 붉은 점선은 파랑과 조류가 함께 작용한 IRW08의 환경조건에 대한 모형시험 시계열이다. 전후방향 거동에서 IRW03에 의한 평균값이 약 0.
- 본 시험에서는 비접촉식 광학계측장비를 이용하여 구조물의 6자유도 운동을 계측하였으며, 부유체 측면 벽에 부착한 4개의 상대파고계를 이용하여 Run-up을 확인하였다. 구조물의 계류를 위하여 스프링을 이용하였으며, 전후 동요 고유주기는 파도 주파수 운동에 영향을 주지 않고 위치를 유지하기 위해서 실선 기준으로 약 90초에 맞추었으며, 저주파수 운동에 대한 전후 동요 고유주기의 영향을 보기 위하여 165초의 스프링에 대한 추가시험을 수행하였다. Fig.
- 규칙파는 부유체의 상하동요(Heave)와 종동요(Pitch)의 고유주기를 고려하여 w = 0.2 ~ 1.1 rad/s의 주파수에 대해 파고 3m의 선수파만을 고려하였으며, 점성효과를 확인하기 위해 종동요 공진점 부근에서 4가지의 파고에 대한 추가시험을 진행하였다.
- 1 rad/s의 주파수에 대해 파고 3m의 선수파만을 고려하였으며, 점성효과를 확인하기 위해 종동요 공진점 부근에서 4가지의 파고에 대한 추가시험을 진행하였다. 그리고 적도해역의 1년, 10년, 100년 파랑조건과 하와이 해역의 10년, 100년 재현주기에 해당하는 불규칙파에 대하여 시험을 수행하였다. 하와이 해역의 100년 환경조건은 JONSWAP 스펙트럼(r=2)을 따르며, 그 외 불규칙파는 모두 PM 스펙트럼을 따른다(Xiang et al.
- 팔각형 형상을 지닌 세반형 부유체는 운동 성능향상을 위해 댐퍼를 설치하였으며, 댐퍼가 설치된 1MW 해수온도차발전 구조물 은 규칙파, 불규칙파, 조류 중 불규칙파 조건에 대해 응답 특징을 확인하였다. 더불어 계류라인의 강성을 조정함으로 계류강성의 효과를 함께 살펴보았다.
- 빨간색 막대그래프는 조류가 있는 경우인 IRW06~08의 결과이며, 녹색 막대그래프는 조류가 존재하지 않는 IRW01~03의 불규칙파 결과와 조류만 작용하는 경우 발생한 통계치를 선형적으로 더한 결과이다. 복합환경조건과 파랑과 조류의 통계치를 더한 결과를 비교하였다. 파랑과 조류의 표준편차의 합은 식 (1) 과 같이 이차평균(RMS)으로 더하였다.
- 2차항 감쇠는 Table 1(c)에 표기하였으며, 이 때 선형 감쇠를 제외하고 2차항 감쇠만 고려하였다. 본 시험에서는 비접촉식 광학계측장비를 이용하여 구조물의 6자유도 운동을 계측하였으며, 부유체 측면 벽에 부착한 4개의 상대파고계를 이용하여 Run-up을 확인하였다. 구조물의 계류를 위하여 스프링을 이용하였으며, 전후 동요 고유주기는 파도 주파수 운동에 영향을 주지 않고 위치를 유지하기 위해서 실선 기준으로 약 90초에 맞추었으며, 저주파수 운동에 대한 전후 동요 고유주기의 영향을 보기 위하여 165초의 스프링에 대한 추가시험을 수행하였다.
- 본 연구에서 고려하는 해수온도차발전 구조물은 Fig. 1에서 보인 것처럼 모든 파방향에 유사한 운동성능을 갖도록 8각형의 형상을 가지도록 설계 되었다. 구조물 가운데에는 원형의 문풀(Moonpool)이 있어서, 취수관 라이저가 부착되어 심층해수를 끌어올리는 통로로 활용된다.
- 갑판상부에는 크레인, 윈치, 헬리데크(Helideck) 등의 부속시설이 위치하며, 내부에는 해수온도차발전을 위한 발전시설, 취수시설 등이 탑재된다. 이러한 부유식 해수온도차발전 구조물에 대한 파랑 중 운동응답 특성에 대한 모형시험을 선박해양플랜트연구소의 해양공학수조에서 수행하였다. 모형 축척비는 해양공학수조에서 파도생성이 가능한 범위를 고려하여 1/60로 결정하였으며, 구조물의 주요제원은 Table 1(a)에 요약하였다.
- 적도 및 하와이 해역의 불규칙파 조건에 대해 OTEC(Ocean thermal energy conversion) 구조물에 대한 모형시험을 수행하였다. 재현주기는 적도 해역의 1년, 10년, 100년 조건을 고려하였으며, 하와이 해역에서 10년과 100년 조건을 고려하였다.
- 적도 및 하와이 해역의 불규칙파 조건에 대해 OTEC(Ocean thermal energy conversion) 구조물에 대한 모형시험을 수행하였다. 재현주기는 적도 해역의 1년, 10년, 100년 조건을 고려하였으며, 하와이 해역에서 10년과 100년 조건을 고려하였다.
- 본 연구에서는 1MW 발전용량의 해수온도차발전용 부유체의 운동 성능에 대한 수치해석 및 모형시험 연구를 진행하였다. 팔각형 형상을 지닌 세반형 부유체는 운동 성능향상을 위해 댐퍼를 설치하였으며, 댐퍼가 설치된 1MW 해수온도차발전 구조물 은 규칙파, 불규칙파, 조류 중 불규칙파 조건에 대해 응답 특징을 확인하였다. 더불어 계류라인의 강성을 조정함으로 계류강성의 효과를 함께 살펴보았다.
- 환경조건은 규칙파, 불규칙파, 복합조건(조류 중 불규칙파)으로 구성하였다. 규칙파는 부유체의 상하동요(Heave)와 종동요(Pitch)의 고유주기를 고려하여 w = 0.
대상 데이터
- 수치계산은 주파수 영역 계산을 수행하였고, 실험의 시계열을 처리한 결과와 비교 하였다. 본 연구의 OTEC구조물은 100년 재현주기 불규칙파 조건을 기준으로 적도해역 보다 하와이 해역조건에서 2배 이상의 상하동요 및 종동요 응답이 발생하였다. 적도해역에서는 100년 재현주기 조건에서 표준편차 값으로 약 1.
데이터처리
- 전후방향의 운동에서 파랑주파수 성분은 거의 유사하나 저주파수 성분이 커졌으며, 조류에 의해 좌우방향의 저주파수 운동이 발생하였다. 나머지 결과를 면밀히 분석하기 위해 통계치 해석을 수행하였다. 전후 방향 Offset의 평균값은 식 (3)과 같이 조류와 파랑 하중에 대해 선형적으로 근사화 할 수 있다.
- 8은 5가지 불규칙파 조건에서의 상하동요와 종동요의 표준편차 결과를 제시하고 있다. 수치계산은 주파수 영역 계산을 수행하였고, 실험의 시계열을 처리한 결과와 비교 하였다. 본 연구의 OTEC구조물은 100년 재현주기 불규칙파 조건을 기준으로 적도해역 보다 하와이 해역조건에서 2배 이상의 상하동요 및 종동요 응답이 발생하였다.
- 스프링의 변화에 따른 영향을 살펴보기 위해 통계치 해석을 수행하였다. Fig.
이론/모형
- 그리고 적도해역의 1년, 10년, 100년 파랑조건과 하와이 해역의 10년, 100년 재현주기에 해당하는 불규칙파에 대하여 시험을 수행하였다. 하와이 해역의 100년 환경조건은 JONSWAP 스펙트럼(r=2)을 따르며, 그 외 불규칙파는 모두 PM 스펙트럼을 따른다(Xiang et al., 2013). 더불어 복합환경조건은 대상 해역인 적도에 대해서만 시험을 수행하였으며, 해수면에서 조류 유속은 1.
성능/효과
- (2) 불규칙파 응답에서 전후방향 응답은 저주파수와 파주파수 성분으로 나눠지며, 파주파수 성분은 모형시험과 수치해석 결과가 잘 일치한다. 더불어 종동요의 표준편차는 적도와 하와이 해역의 100년 조건에서 1.
- (3) 불규칙파와 조류가 함께 작용할 때 불규칙파에 의한 통계치에 비해 전후 및 종동요가 최대 66.6%와 92.8% 증가하였으며, 그 값은 4°를 넘어서지 않으므로 운용상의 안정성을 갖는다.
- (4) 스프링 강성의 효과가 전후 방향의 저주파수 운동에만 영향을 주며, 불규칙파와 조류가 함께 작용할 때 전후방향 표준편차가 최대 115% 증가한다. 추후 계류 설계 시 플랫폼의 Watch circle과 계류선에 발생하는 하중의 검토가 구된다.
- Fig. 5(a)에 보이는 것과 같이 파를 마주하는 구조물 전면의 Run-up이 후면에 비해 크게 발생하게 되며, 특히 종동요 공진주기인 파주파수 약 0.55rad/s 근방에서 가장 큰 Run-up이 관찰되었다. 수치계산 결과로는 입사파고의 3배에 가까운 Run-up이 전면부에서 발생함을 알 수 있다.
- 본 구조물은 좌우 대칭이므로, Fig. 5(b)의 좌우 측면의 상대파고계는 동일한 Run-up 응답을 보였으며, 수치계산 결과를 기준으로 종동요 공진주기 근방에서 입사파고의 약 2.5배의 최대 Run-up이 발생한 것을 확인할 수 있다.
- 6m의 평균값이 나타났으므로, 조류하중에 의해 전후방향 Offset의 평균값이 지배됨을 확인할 수 있다. 더불어 IRW03에 의한 최대 변위가 4.6m이며, IRW08에 의해 최대 변위가 11.07m로 나타났다. IRW03에 서 전후방향의 거동은 최대 7.
- 파란색 막대그래프는 파랑만 존재하는 IRW01~03에 대한 평균값과 표준편차이며, 보라색 막대그래프는 조류만 작용하는 경우의 값이 다. 빨간색 막대그래프는 조류가 있는 경우인 IRW06~08의 결과이며, 녹색 막대그래프는 조류가 존재하지 않는 IRW01~03의 불규칙파 결과와 조류만 작용하는 경우 발생한 통계치를 선형적으로 더한 결과이다. 복합환경조건과 파랑과 조류의 통계치를 더한 결과를 비교하였다.
- 더불어 자유롭게 매달린 라이저와 파워플랜트 장비의 사양 등의 추가적인 검토가 요구된다. 수치해석 결과는 대체로 모형시험과 잘 일치하는 경향을 보여주고 있으며, 다만 가장 파고가 큰 IRW05 조건에서는 부유체의 비선형 운동 특성에 의하여 모형시험 결과가 선형 감쇠를 이용한 수치해석 결과보다 약 25%가량 작은 상하동요 및 종동요 응답이 발생하였다. 또한 IRW01과 IRW04에서 수치해석 보다 모형시험이 더 큰 종동요 응답을 제시하고 있다.
- 검정 실선은 IRW03에 해당하는 파랑만 존재하는 경우의 전후동요와 좌우동요의 모형시험 시계열이며, 붉은 점선은 파랑과 조류가 함께 작용한 IRW08의 환경조건에 대한 모형시험 시계열이다. 전후방향 거동에서 IRW03에 의한 평균값이 약 0.39m 발생하며, IRW08의 환경조건에서 평균값이 약 6.2m로 나타났다. 조류만 작용하는 경우 약 5.
- 2m로 나타났다. 조류만 작용하는 경우 약 5.6m의 평균값이 나타났으므로, 조류하중에 의해 전후방향 Offset의 평균값이 지배됨을 확인할 수 있다. 더불어 IRW03에 의한 최대 변위가 4.
- 7의 값으로 수렴해 가는 모습을 볼 수 있다. 특징적으로 종동요 공진주기 근방에서 국부적으로 파랑표류력이 증가하는 모습을 확인할 수 있으며, 다만 이 영역에서 모형시험 결과는 수치 해석 결과보다는 작은 값을 보인다. 이는 Fig.
- 이는 계류스프링은 저주파수 운동과 관련된 성분이므로 구조물의 파주파수에는 영향을 주지 않는다. 파랑만 작용하는 조건에서 스프링의 변화로 인해 전후방향 표준편차가 최대 55% 증가하였으며, 파랑과 조류가 함께 작용하는 조건에서는 전후방향 표준편차가 최대 115% 증가하였다. 전후방향의 거동에서 스프링의 강성에 의한 영향이 매우 크며, 추후 상세 계류 설계 시 구조물의 전후동요 등으로 인한 Watch circle과 계류선에 걸리는 하중을 분석해야 한다.
- 파주파수 성분의 경우 모형시험과 선형과 2차 감쇠를 각각 이용한 주파수영역 수치해석 결과는 잘 일치하는 것을 확인할 수 있다.
후속연구
- 본 해역은 파랑 조건이 상대적으로 가혹하며, 현재 Heave 및 Pitch 공진 주기영역에 속해있으므로 공진주기를 피할 수 있는 설계가 요구된다. 더불어 자유롭게 매달린 라이저와 파워플랜트 장비의 사양 등의 추가적인 검토가 요구된다. 수치해석 결과는 대체로 모형시험과 잘 일치하는 경향을 보여주고 있으며, 다만 가장 파고가 큰 IRW05 조건에서는 부유체의 비선형 운동 특성에 의하여 모형시험 결과가 선형 감쇠를 이용한 수치해석 결과보다 약 25%가량 작은 상하동요 및 종동요 응답이 발생하였다.
- 이러한 결과는 본 OTEC 구조물의 하와이 해역조건 투입시에는 생존조건에 대해서 추가적으로 면밀한 검토가 필요함을 의미한다. 본 해역은 파랑 조건이 상대적으로 가혹하며, 현재 Heave 및 Pitch 공진 주기영역에 속해있으므로 공진주기를 피할 수 있는 설계가 요구된다. 더불어 자유롭게 매달린 라이저와 파워플랜트 장비의 사양 등의 추가적인 검토가 요구된다.
- 파랑만 작용하는 조건에서 스프링의 변화로 인해 전후방향 표준편차가 최대 55% 증가하였으며, 파랑과 조류가 함께 작용하는 조건에서는 전후방향 표준편차가 최대 115% 증가하였다. 전후방향의 거동에서 스프링의 강성에 의한 영향이 매우 크며, 추후 상세 계류 설계 시 구조물의 전후동요 등으로 인한 Watch circle과 계류선에 걸리는 하중을 분석해야 한다.
- (4) 스프링 강성의 효과가 전후 방향의 저주파수 운동에만 영향을 주며, 불규칙파와 조류가 함께 작용할 때 전후방향 표준편차가 최대 115% 증가한다. 추후 계류 설계 시 플랫폼의 Watch circle과 계류선에 발생하는 하중의 검토가 구된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.