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[국내논문] 로터세일의 배열 형태가 양력 형성에 미치는 영향에 관한 수치해석적 연구
Numerical Study on the Effect of the Arrangement Type of Rotor Sail on Lift Formation 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.29 no.2, 2023년, pp.197 - 206  

김정은 (목포해양대학교 대학원) ,  조대환 (목포해양대학교 기관시스템공학과) ,  이창용 (강원도립대학교)

초록
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최근 국제해사기구(IMO)를 비롯한 국제사회에서 선박의 대기오염 배출 규제를 강화하고 있으며, 배기가스 배출을 줄이기 위한 친환경 선박 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그중에서도 풍력 보조 선박추진 시스템 중 하나인 로터 세일(Rotor Sail, RS)이 다시금 주목받고 있다. RS는 선박 데크에 설치되는 원통형 실린더 장치로 마그누스 효과를 사용하여 유체 동역학적 양력을 생성하는 장치이다. 이는 차세대 친환경 보조 추진 기술 중 하나이며, RS 적용 선박을 개발한 Enercon 사(社)에서는 약 30% 이상의 연료 절감이 가능하다고 발표했다. 본 연구에서는 다중 RS를 선박에 설치할 경우 RS 간격 및 배열 형태와 같은 최적의 설치 조건을 선정하고자 하였으며, RS 배열에 따른 유동특성을 확인하기 위하여 AR(Aspect Ratio) = 5.1, SR(Spin Ratio) = 1.0 및 로터세일 지름과 엔드 플레이트 지름 비(De/D)= 2.0 로 고정하고 자유 유속 U = 5 m/s로 풍향은 +y 축 단방향에 대한 조건만 고려하였다. 배열 조건은 횡방향 거리는 +x 축 방향으로 3D ~ 15D까지 3D 간격으로 총 5가지 조건을, 종방향 거리는 +y 축 방향으로 5D ~ 25D까지 5D 간격으로 총 5가지 조건을 설정하였으며, 사각 형태(□)와 마름모 형태(◇) 배열에 따른 양력계수(CL), 항력계수(CD)와 공기역학적 효율(CL/CD)을 비교하였다. 결과적으로 종방향 간격에 따른 RS의 영향은 크게 차이가 없었으나, 횡방향 간격에 따른 RS 유동특성의 경우 두 RS가 바람 방향에 거의 일치할 때 RS의 상호작용 효과가 가장 크게 나타났다. 배열에 따른 RS 유동특성의 경우, 전방(0°) 방향에서 바람이 불 때 마름모 형태(◇) 배열이 RS 간의 후류 영향을 가장 덜 받는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the international community, including the International Maritime Organization (IMO), has strengthened regulations on air pollution emissions of ships, and eco-friendly ships are actively being developed to reduce exhaust gas emissions. Among them, rotor sail (RS), a wind-assisted ship pro...

주제어

#풍력 보조 선박추진 기술   #로터세일   #플레트너 로터   #마그누스 효과   #공기역학적 효율  

참고문헌 (11)

  1. Badalamenti, C. and S. A. Prince(2008), Effects of endplates？on a rotating cylinder in crossflow, the 26th AIAA Applied？Aerodynamics Conference, Honolulu, Hawaii, USA. 

  2. Bordogna, G. and S. Muggiasca(2020), The effects of the？aerodynamic interaction on the performance of two Flettner？rotors, Final version published in: Journal of Wind？Engineering & Industrial Aerodynamics 196. 

  3. De Marco, A. and S. Mancini(2016), Flettner Rotor Concept？for Marine Applications : A Systematic Study, Hindawi？Publishing Corporation International Journal of Rotating？Machinery Volume 2016, Article ID 3458750, 12 pages 

  4. De Marco, A., S. Mancini, and C. Pensa(2014), Preliminary？analysis for marine application of Flettner rotors, in？Proceedings of the 2nd International Symposium on Naval？Architecture and Maritime (INT-NAM '14), Istanbul, Turkey,？October. 

  5. De Marco, A., S. Mancini, C. Pensa, R. Scognamiglio, and L.？Vitiello(2015), Marine application of flettner rotors: numerical？study on a systematic variation of geometric factor by？DOE approach, the 6th International Conference on？Computational Methods in Marine Engineering (MARINE '15),？Vol. 1, Rome, Italy. 

  6. Devaraj, V. and J. Raju(2017), Feasibility Study of Flettner？Rotor Propulsion Using Numerical Analysis, 2017 IJEDR,？Volume 5, Issue 4. 

  7. Hu, J. and Y. Wang(2019), The Dynamic Performance of a？Rotating Frustum of a cone, in Proceedings of Sixth？International Symposium on Marine Propulsors, smp'19, Rome,？Italy. 

  8. Kang, S. M.(2003). Characteristics of Flow over a Pair of？Circular Cylinders in a Side-by-Side Arrangement.Transactions？of the Korean Society of Mechanical Engineers - B, 27(7),？pp. 909-919. 

  9. Kim, H. W.(2022), Global shipping industry is struggling to？find alternative green energy to strengthen maritime？environmental regulations, hankookilbo. 

  10. Kim, J. E., D. H. Cho, and C. Y. Lee(2022), Numerical？Analysis Study on the Turbulent Flow Characteristics around？the Rotor Sail for Vessels, Journal of the Korean Society of？Marine Environment & Safety, Vol. 28, No. 4, pp. 648-656. 

  11. Lee, S. B. and J. C. Park(2006), Characteristics of Laminar？Wake Around Two-Circular Cylinder in Side-by-Side Array.？Journal of Ocean Engineering and Technology, 20(5), pp. 15-22. 

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