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논문 상세정보

CFD에 의한 자세변화가 큰 선박의 저항성능 해석

Analysis of Resistance Performance of a Ship having a Large Attitude based on CFD

초록

본 연구에서는 큰 침하량과 동적트림을 가지는 선박에 대하여 전산유체역학(CFD)을 기반으로 하여 효율적인 저항성능 추정 방법을 제시하였다. 본 방법에서 효율적이라 함은 점성 유동해석 이전에 비 점성 유동해석의 침하량과 동적트림 결과를 이용하여 선박의 큰 자세를 설정하고 DFBI(Dynamic Fluid Body Interaction) 방법에 의한 점성 유동해석을 수행한 것이다. 본 방법을 방법I로 명하였다. 방법I는 해석 전에 큰 자세를 설정함으로 인해 중첩격자(Overset Mesh) 기법을 사용하지 않는 단순한 격자시스템(Fig. 3 참고)을 사용하면 된다. 이로 인해 방법I는 계산시간 단축 및 계산의 정도를 높일 수 있는 장점이 있다. 점성 유동해석은 상용 CFD 코드인 STAR-CCM+를 사용하였다. 방법I의 첫 번째 점성 유동해석 결과는 최종 수렴된 결과와 비교하였을 때 저항 값에서 최대 1 % 내에서 차이를 보임을 확인 하였다. 중첩격자가 아닌 단순 격자시스템에 의한 STAR-CCM+에서 제공하는 DFBI 기법을 활용하여 계산단계 별로 변화된 자세에 대하여 매번 격자를 변경하여 수렴된 결과를 도출하였다. 본 방법을 방법II로 명하였다. 방법II의 저항 값과 비교하였을 때 방법I은 선속에 따라 0.03 % ~ 0.6 %의 차이를 보였다. 방법I의 결과는 수조모형시험과의 비교를 통해서 정성적 그리고 정량적으로 타당함을 확인하였다.

Abstract

This research presents an efficient method based on computational fluid dynamics (CFD) for estimating the resistance performance of a ship with a large settlement amount and a dynamic trim. The settlement of the inviscid flow analysis and the results of dynamic trim were used to set a large attitude for the ship prior to performing a viscous flow analysis; a viscous flow analysis was subsequently performed by Dynamic Fluid Body Interaction (DFBI). This method is termed as method I, in which a simple grating system can be used without employing the overset mesh technique by setting many attitudes before interpretation. Thus, method I is advantageous in reducing calculation time and improving calculation accuracy. The viscous flow analysis was performed using a commercial CFD code STAR-CCM+. Compared with the final convergence result, the first viscous flow analysis result of method I exhibited a variation of less than 1 % of resistance. The result was obtained by changing the gratings each time an attitude is changed at each calculation stage, based on the DFBI method provided to STAR-CCM+ using a simple grating system, which is not a superposed grating. This method is termed as method II. Compared with method II of resistance, method I exhibited a dif erence of 0.03-0.6 % for linear velocity. The results of method I were confirmed to be qualitatively and quantitatively appropriate through comparison with several trillion simulations.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
중첩격자가 아닌
선박의 자세변화에 대해 중첩격자가 아닌 단순 격자시스템을 통해 해석하면 어떻게 되는가?
큰 침하량과 동적트림으로 인해 해가 발생하다

그리고 중첩격자가 아닌 Fig. 3과 같은 격자시스템을 사용하면 자세 변화를 고려하여 해석할 경우 큰 침하량과 동적트림으로 인해 해가 발생하다.

중첩격자 기법
중첩격자 기법은 주로 어디에 사용되었는가?
주로 선박의 운동과 조종문제에 사용

점성 유동해석에 의해 자세변화가 큰 선박의 저항성능 계산 시에 일부 결과에 의하면 중첩격자(Overset Mesh) 기법을 사용해서 해석을 수행하고 있으나 이는 격자계 구성, 계산 시간 및 계산 정도 등에 있어 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 중첩격자 기법은 주로 선박의 운동과 조종문제에 사용되었으며 Castiglione et al.(2014)은 많은 연구 결과를 발표하였다.

선박의 수주단계
선박의 수주단계에서 요청 받는 것은?
첫째, 선주로 부터 다양한 선형 형태(Type)에 대한 속도성능평가를 요청 받고 있다. 이에 기본설계 단계에서 신속한 속도성능 제시가 필요하다. 둘째, 선형설계 단계에서 모형시험에 준하는 CFD 기반의 저항성능 추정을 요구 받고 있다

이러한 선박의 수주단계에서 다음의 내용을 요청 받는다. 첫째, 선주로 부터 다양한 선형 형태(Type)에 대한 속도성능평가를 요청 받고 있다. 이에 기본설계 단계에서 신속한 속도성능 제시가 필요하다. 둘째, 선형설계 단계에서 모형시험에 준하는 CFD 기반의 저항성능 추정을 요구 받고 있다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (5)

  1. 1. Castiglione, T., W. He, F. Stern, and S. Bova(2014), URANS simulation of catamaran interference in shallow water, Journal of Marine Science and Technology, Vol. 19, No. 1, pp. 33-51. 
  2. 2. ITTC(1978), Report of Performance Committee, 15th ITTC, Hague. 
  3. 3. Kim, K. S., I. R. Park, J. Kim, Y. J. Kim, and S. H. Van(2007), RANS analysis for obliquely towed VLCC tanker by using the overset grid scheme, Proceedings of KAOSTS, Seoul, Korea, pp. 895-904. 
  4. 4. Park, D. W.(2018a), Assessment of the Resistance Performance of Hull Appendages Attached to Fishing Vessels Using CFD, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 24, No. 2, pp. 267-274. 
  5. 5. Park, D. W.(2018b), Resistance Performance Map through Studies on the Dimension Parameters of the Bilge Keel attached on the Fishing Vessel, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 24, No. 5, pp. 583-590. 

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