초록 ▼

현재 선박은 가장 경제적인 재화의 대양 운송 수단으로 이용되고 있다. 선박이 항해할 때 선체 주위에는 경계층이 형성되고 종방향 보오텍스를 동반하는 복잡한 점성유동이 생기고 이는 선박의 추진기인 프로펠러에 유입되는 입사류에 큰 영향을 주어서 선박의 저항 및 추진 성능을 좌우하게 된다. 그리고 선박은 물과 공기, 즉 다른 밀도를 가지는 두 유체의 경계면에서 움직이므로 매우 복잡한 파계를 생성시킨다. 이 파계를 유지하는데 드는 에너지 역시 선박의 추진 장치가 이겨내어야 하는 저항의 성분이다. 본 연구에서는 선체 주위의 유동지배 방정식인

현재 선박은 가장 경제적인 재화의 대양 운송 수단으로 이용되고 있다. 선박이 항해할 때 선체 주위에는 경계층이 형성되고 종방향 보오텍스를 동반하는 복잡한 점성유동이 생기고 이는 선박의 추진기인 프로펠러에 유입되는 입사류에 큰 영향을 주어서 선박의 저항 및 추진 성능을 좌우하게 된다. 그리고 선박은 물과 공기, 즉 다른 밀도를 가지는 두 유체의 경계면에서 움직이므로 매우 복잡한 파계를 생성시킨다. 이 파계를 유지하는데 드는 에너지 역시 선박의 추진 장치가 이겨내어야 하는 저항의 성분이다. 본 연구에서는 선체 주위의 유동지배 방정식인 Navier-Stokes 방정식의 수치 해법에 대하여 살펴보고, 이를 응용하여 수치해석 기법을 개발하여 HSVA, Mystery 선형 주위의 점성유동을 계산해 보았으며, 자유표면을 동반한 Series 60 선형 주위의 유동 계산의 예를 보이고, 선박유체역학 고유의 문제인 조파저항을 쉽게 추정할 수 있는 계산기법을 개발하였다. 또한 선박의 초기설계시에 저항과 추진성능이 우수한 선형을 단기간에 도출하고, 도출된 선형에 대한 실선의 저항추진성능을 신속하고도 정도 높게 추정할 수 있는 전산 설계시스템 개발을 위하여 기존의 선형자료와 저항추진계수들을 일관된 양식으로 data-base화하고, 이를 바탕으로 선형동출시스템을 구축하기 위한 발판을 마련하였다. 그리고 입력된 자료를 회기분석하여 실선의 저항과 추진성능의 추정시에 이용되는 형상계수와 추진계수들의 회귀추정식을 도출하고 그 추정정도에 대한 검토를 수행하였다. 본 연구에서는 KPISO의 예인수조에서 모형시험을 수행한 133척의 선형 및 저항추진시험 자료를 data-base의 입력자료로 사용하였다. 한편 선박의 액체 탱크내에 존재하는 유동현상인 슬러싱(sloshing)을 다룰 수 있는 수치계산기법을 개발하였다. 슬러싱(sloshing)은 유체가 임의형상을 가지는 탱크 내에 부분적으로 차 있는 경우에 이 탱크의 운동으로 인해 발생하는 유동현상을 말한다. 슬러싱은 이를 유발시키는 기진력의 주기와 탱크내 액체화물의 주기가 비슷한 공진 지역에서, 기진력의 크기가 클 때 탱크 내에 심한 비선형파가 발생하게 되어 탱크 벽이나 탱크 천장에 충격압력이 발생하는 문제를 야기시키고, 이로 인해 탱크 벽에 구조적 손상을 일으키게 한다. 이러한 슬러싱 현상에 대한 해석법으로 실험결과에 의한 회귀해석, 유한차분법 또는 유한요소법에 의한 해석법 등이 있으나 주로 2차원 해석법으로 3차원적인 해석기법의 개발이 요구된다. 또한 슬러싱에 의해 발생되는 동적 압력은 비충격압력(non-impulsive pressure) 및 충격압력(impulsive pressure)으로 구분되는데, 이중 탱크내에 발생하는 비선형 수면파로 인한 충격력이 탱크 벽면이나 천장을 치는데 기인하는 충격압력으로 인한 구조적 피해는 심각하다. 따라서 슬러싱 현상에 대한 정확한 해석이 필요하며, 본 연구에서는 슬러싱으로 인한 충격압력 추정을 보다 정확히 하기 위한 처리기법으로 3차원 해석기법에 대한 이론을 개발하고 충격현상을 해석할 수 있는 2차원 수치계산 프로그램을 개발하였다.

목차 Contents

• 제1장 Navier-Stokes 방정식의 차분 기법 연구...17
• 1.1 서언...17
• 1.2 기본 이론...19
• 1.3 유한체적법...28
• 부록 일반 좌표계...59
• 제2장 두 탱커모형의 점성유동 계산...63
• 2.1 서론...63
• 2.2 지배방정식과 수치 해법...65
• 2.3 계산결과...70
• 2.4 요약...75
• 참고문헌...76
• 제3장 자유표면을 고려한 Series 60 모형선의 점성 유동 계산...97
• 3.1 서론...97
• 3.2 계산 기법...98
• 3.3 계산 결과및 고찰...111
• 3.4 결론...114
• 참고문헌...115
• 제4장 자유표면으로 부터 일정 거리 상방에 위치한 판넬에 의한 비선형 조파저항 계산...126
• 4.1 서론...126
• 4.2 문제의 정식화...128
• 4.3 계산결과...133
• 4.4 결론...137
• 참고문헌...138