[논문]에어마스커의 기포크기 추정 경험적 모델

박철수; 정소원; 김건도; 박영하; 문일성; 임근태

doi:10.7776/ask.2021.40.4.320

에어마스커의 기포크기 추정 경험적 모델
An empirical model of air bubble size for the application to air masker 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.40 no.4, 2021년, pp.320 - 329

박철수 (한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트연구소) , 정소원 (한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트연구소) , 김건도 (한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트연구소) , 박영하 (한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트연구소) , 문일성 (한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트연구소) , 임근태 (한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트연구소)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 선박 수중방사소음 저감을 위한 에어마스커의 기포크기 추정 모델을 제시하였다. 제시된 모델은 Rayleigh의 제트 불안정 모델과 연속 조건을 이용하여 유도된 기존 모델에 공기의 제트유속을 도입함으로써 저속유동 조건에서 발산하는 단점을 보완 하였다. 공기의 제트유속은 유동이 없는 경우 기포의 크기를 이용하여 추정하였다. 유동이 없는 매질에서 기포의 크기는 분사된 공기의 레이놀즈수를 기반으로 층류구간, 천이구간, 그리고 난류구간으로 나누어 경험적 방법으로 추정 하였다. 제시된 기포크기 추정 모델은 Computational Fluid Dynamics(CFD) 해석결과 그리고 기존 문헌의 실험결과와 비교하여 잘 일치함을 확인하였다. 끝으로, 음향 역산법을 활용하여 대형터널에서 수행된 에어마스커 공기분사 실험의 계측된 삽입손실로부터 기포의 분포를 추정하였다. 역산된 기포분포와 기포크기 추정 모델의 추정 결과를 비교하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, an empirical model of air bubble size to be applied to an air masker for reduction of underwater radiation noise is presented. The proposed model improves the divergence problem under the low-speed flow condition of the existing model derived using Rayleigh's jet instability model and simple continuity condition by introducing a jet flow velocity of air. The jet flow velocity of air is estimated using the bubble size where the liquid is quiescent. In a medium without flow, the size of the bubble is estimated by an empirical method where bubble formation regime is divided into a laminar-flow range, a transition range, and a turbulent-flow range based on the Reynolds number of the injected air. The proposed bubble size model is confirmed to be in good agreement with the Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis result and the experimental results of the existing literature. Using the acoustic inversion method, the air bubble population is estimated from the insertion loss measured during the air injection experiment of the air- masker model in a large cavitation tunnel. The results of the experiments and the bubble size model are compared in the paper.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Schematic model of bubble formation for the orifice type bubble generator.
그림 Fig. 2. (Color available online) Bubble formation models with respect to the regimes of bubble formation and water flow conditions.
그림 Fig. 3. (Color available online) Comparison of bubble size estimated using constant flow method and CFD. Circles denotes the calculation points of CFD.
그림 Fig. 4. (Color available online) Comparison of bubble size estimated using the present empirical method and the measured data.^[9]
그림 Fig. 5. (Color available online) Comparison of bubble size estimated using the Rayleigh jet instability [Eq. (5)], present method [Eq. (9) when f(U_j, U_L) = U_j + U_L] and the measured data^[12] at a air flow rate of 13.3 ml/s.
그림 Fig. 6. (Color available online) Test setup for the air masker test model.
그림 Fig. 7. (Color available online) Bubbly flows at the test conditions.
표 Table 1. Air masker test conditions.
그림 Fig. 8. (Color available online) Measured insertion losses (left) and inverted bubble density (right). Bubble sizes estimated from Eq. (9) are shown as the arrows at corresponding test conditions in the bubble density plot.
그림 Fig. 9. (Color available online) Comparison of signal and background noise measured when the bubbles are present at the test condition fo air flowrate of 100 l/min and water flow speed of 5 m/s.
그림 Fig. 10. (Color available online) Estimated air bubble radius with respect to the air flow rate at the water flow speed of 3 m/s and 5 m/s.
표 Table 2. Sauter mean bubble radius (a₃₂) calculated from the inverted bubble population in Fig. 8 (right) and estimated bubble radius (a) by the empirical bubble size model in Eq. (9).

참고문헌 (18)

IFAW (International Fund for Animal Welfare), "Ocean Noise: Turn it down: A Report on Ocean Noise Pollution," IFAW, Rep., 2008.
W. J. Richardson, C. R. Greene, Jr., C. I. Malme, and D. H. Thomson, Marine Mammals and Noise (Academic Press, New York, 1995), pp. 101-158.
B. Wursig, C. R. Greene, and T. A. Jefferson, "Development of an air bubble curtain to reduce underwater noise of percussive piling," Marine Environmental Research, 49, 79-93 (2000).

상세보기
J. C. Kim, B. H. Heo, and D. S. Cho, "Noise reduction effect of an air bubble layer on an infinite flat plate considering the noise of multi-bubbles" (in Korean), Trans. Korean Soc. Noise Vib. Eng. 19, 1222-1230 (2009).

원문보기 상세보기
C. Park, S. W, Jeong, G. D. Kim, I. Moon, and G. Yim, "Acoustic insertion loss by a bubble layer for the application to air bubble curtain and air masker" (in Korean), J. Acout. Soc. Kr. 39, 227-236 (2020).
S. H. Marshall, Air bubble formation from an orifice with liquid cross-flow, (Ph.D. thesis, University of Sydney, 1990).
M. A. Balzan, R. S, Sanders, and B. A. Fleck, "Bubble formation regimes during gas injection into a liquid cross flow in a conduit," Can. J. Chem. Eng. 95, 372-385 (2017).

상세보기
E. S. Gaddis and A. Vogelpohl, "Bubble formation in quiescent liquids under constant flow conditions," Chem. Engng Sci. 41, 97-105 (1986).

상세보기
I. Leibson, E. G, Holcomb, A. G. Cacoso, and J. J. Jacmic, "Rate of flow and Mechanics of Bubble Formation from Single Submerged Orifices," A.I.Ch.E. Journal, 2, 296-306 (1956).

상세보기
J. F. Davidson and B. O. G. Schuler, "Bubble formation at an orifice in an inviscid liquid," Trans. Instn Chem. Engrs. 38, 335-342 (1960).
E. Silberman, "Production of bubbles by the disintegration of gas jets in liquid," Proc. 5th Midwestern Conf. on Fluid Mechanics, 263 (1957).
P. F. Wace, S. M. Morrell, and J. Woodrow, "Bubble formation in a transverse horizontal liquid flow," Chem. Eng. Commun. 62, 93-106 (1987).

상세보기
Z. Yujie, L. Mingyan, X. Yonggui, and T. Can, "Threedimensional volume of fluid simulations on bubble formation and dynamics in bubble columns," Chem. Eng. Sci. 73, 55-78 (2012).

상세보기
Siemense, STAR-CCM+ 13.06 User Guide, https://support.industrysoftware.automation.siemens.com/general/documentation.shtml/ (Last viewed 10 April 2018).
C. Park, S. W. Jeong, G. D. Kim, I. Moon, and G. Yim, "A study on the estimation of bubble size distribution using an acoustic inversion method" (in Korean), J. Acout. Soc. Kr. 39, 151-162 (2020).
B. K. Choi, B.-C. Kim, B.-N Kim, and S. W. Yoon, "Assessment of acoustic iterative inverse method for bubble sizing to experimental data," OSJ. 41, 195-199 (2006).

원문보기 상세보기
B. K. Choi and S. W. Yoon, "Acoustic bubble counting technique using sound speed extracted from sound attenuation," IEEE J. Oceanic Eng. 26, 125-130 (2001).

상세보기
D. Wang and L.-S. Fan. "Particle characterization and behavior relevant to fluidized bed combustion and gasification systems," in Handbook of Fluidized Bed Technologies for Near-Zero Emission Ccombustion and Gasification, edited by F. Scala (Elsevier, Oxford, 2013).

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