[국가R&D연구보고서]해양공학수조를 활용한 모형시험 기법 개발;해양환경 재현장치 운용기술 개발 Development of Model Test Techniques in KRISO`s Ocean Engineering Badsin;Development of Operation Technologies of Equipment of Marine Environmental Simulation
보고서 정보
주관연구기관
한국해양연구원 Korea Ocean Research & development Institute
보고서유형
최종보고서
발행국가
대한민국
언어
한국어
발행년월
1999-12
주관부처
과학기술부 Ministry of Science and Technology
과제관리전문기관
한국해양연구원 Korea Ocean Research & development Institute
등록번호
TRKO200200047821
DB 구축일자
2013-04-18
초록▼
I. 제목 "해양환경 재현장치 운용기술 개발 Ⅲ" II. 연구개발의 목적 및 중요성 선박 및 해양구조물의 유체동역학적인 특성 해석과 기타 해양시설물의 성능해석을 위한 모형시험에 대한 수요가 증대되고 있으며 이에 부응하기 위하여 우리 연구소에서는 해양공학수조를 1998년에 건설하여 완공하였다. 해양공학수조는 조선.해양기술개발에 있어서 핵심적인 연구설비로 해양에 존재하는 파랑, 조류 및 바람을 재현하여, 선박을 비롯한 다양한 해양구조물 및 해양장비의 설계단계에서의 동적거동 및 안정성에 대한 성능검증에 활용된다. 이러
I. 제목 "해양환경 재현장치 운용기술 개발 Ⅲ" II. 연구개발의 목적 및 중요성 선박 및 해양구조물의 유체동역학적인 특성 해석과 기타 해양시설물의 성능해석을 위한 모형시험에 대한 수요가 증대되고 있으며 이에 부응하기 위하여 우리 연구소에서는 해양공학수조를 1998년에 건설하여 완공하였다. 해양공학수조는 조선.해양기술개발에 있어서 핵심적인 연구설비로 해양에 존재하는 파랑, 조류 및 바람을 재현하여, 선박을 비롯한 다양한 해양구조물 및 해양장비의 설계단계에서의 동적거동 및 안정성에 대한 성능검증에 활용된다. 이러한 특수한 해양 환경중에서의 성능검증을 위하여는 체계적인 모형시험기법의 확보가 필요하다. 시험의 준비, 시험수행, 자료취득 및 해석을 체계적으로 수행하기 위해서는 해양공학수조의 특성을 정성적으로 뿐만 아니라 정량적으로 파악해야 한다. 그리고, 다양한 종류의 실험을 수행하기 위하여 소요되는 기기 및 장비를 개발하여 확보하여야 한다. 또한, 다양한 장비들을 원만하게 유기적으로 운용하기 위해서는 동 장치들의 설계, 제작 및 설치단계에서 해양공학수조에 적합한지 여부가 검토되어야 한다. 본 연구는 파랑, 조류 및 바람을 생성하는 해양환경재현장치에 대한 이론적 연구와 성능실험을 위한 시운전 등을 수행하여 해양공학수조에서의 각종 모형시험을 효율적으로 지원할 수 있도록 하는 목적으로 수행되었다. III. 연구개발의 내용 및 범위 2차년도에 이어 다방향조파장치에 의해 생성된 파랑에 미치는 수심 및 벽에 의한 영향을 조사하였으며 생성된 파랑의 정밀성을 조사하였다. 또한, 조류의 특성조사를 위하여 여러 수심에서 조류를 동시에 계측하였고, 바람발생장치 운전의 자동화를 수립하고 수면이 풍속에 미치는 영향을 조사하였다. 그리고, 새로이 개발한 수평형 소파장치의 성능조사를 수행하고 기타 수조의 운용과 관련된 다양한 업무를 수행하였다. (1) 파랑발생 천해수심에서 생성된 파랑의 특성을 조사하여 수심이 생성파랑의 특성에 미치는 영향을 분석하고 파랑 모형시험에서 선형파이론이 유효한 수심을 결정하기 위한 시험을 실시하였고, 자료를 분석하여 수리모형시험 및 BMP실험에 유용하게 사용하였다. 또한 조파이론을 수치적으로 해양공학수조에 적용하여 파랑분포의 공간적 불균일 특성을 연구하였다. (2) 조류발생 조류계측장비를 자동화하여 계측센서의 위치지정을 디지털화 하였으며, 3수심 동시계측이 가능하도록 하였다. 설계·제작된 계측장비를 이용하여 수조 내 몇 개 지점의 유속을 계측하여 수직방향의 유속분포를 얻어냈다. (3) 바람발생 지난해에 제작된 바람발생장치에 대하여 금년에는 P/C에 의한 풍속의 자동화를 수행하였고, 수면의 비확산효과로 인한 풍속의 변화 특성을 조사하였으며, 자료의 CAD화를 수행하였다. (4) 소파장치 조파장치에 의하여 생성된 파랑이 수조의 벽에서 반사되고 회절되어 실험에 간섭에 간섭효과를 가져오고 또한 많은 공간을 차지하고 있는 문제점을 개량하기 위하여 개발된 수평형 소파장치의 수심 및 파장 등에 대한 소파성능을 조사하였다. (5) 기타 해양공학수조의 운용 중에 발생된 여러 가지 문제점을 파악하였고, 개량작업을 통하여 수조의 유용성 및 실험의 정도를 향상하였다. IV. 연구개발의 결과 및 활용방안 해양공학수조에서 해양환경을 재현하는 장치에 대한 운용기술 개발 결과는 다음과 같다. - 이론적 연구 및 실험을 통한 장치개발로 해양환경실험의 정도향상 - 현장에 적합한 자동화장치의 개발로 해양환경실험의 신속 및 정확성 제고 - 설계단계에서 고려되지 못한 운용상의 문제점 파악 및 해결방안 도출 - 해양환경 재현기술의 확보 - 우수한 소파장치의 개발로 시험평가기술의 정도 향상 본 연구결과는 지난 3년간에 걸쳐서 수행된 기초자료와 더불어 향후 해양공학수조에서 수행될 모든 실험에 가이드라인으로 적용되어지고, 실험의 정도 향상이나 시간단축 등 수조의 효용성을 증가시키기 위한 기초자료로 사용될 예정이다.
Abstract▼
I. Title Development of Operation Technologies of Equipment of Marine Environmental Simulation Ⅲ. II. Objectives and Importance Model tests in a basin play an important role for the research and development of ships and offshore structures. In 1998, KRISO(Korean Research Institute of Ships an
I. Title Development of Operation Technologies of Equipment of Marine Environmental Simulation Ⅲ. II. Objectives and Importance Model tests in a basin play an important role for the research and development of ships and offshore structures. In 1998, KRISO(Korean Research Institute of Ships and Ocean Engineering) has completed a multipurpose innovative new basin named Ocean Engineering Basin in which wave, current, and wind can be simulated simultaneously. Since marine structures and vehicles are operated under a combined ocean environment of wave, current and wind, their dynamic behaviors and stability should be verified in the simulated ocean environment at the initial design stage. These require the establishment of accurate model testing technologies at the basin. The successful model test depends on the effectiveness of test preparation, test execution, data acquisition and analysis, which inevitably requires accurate understanding of qualitative and quantitative characteristics of the basin. Also, the development or purchase of fundamental equipment is necessary for various experiments. Those equipment should be carefully chosen or designed concerning basin characteristics. The principal goal of this research is to establish operation technologies for the Ocean Engineering Basin at KRISO, and research contents include theoretical development, setup of experimental and design procedures, manufacturing, installation, test operation, and performance evaluation. III. Contents and Scope Current research concentrates on the development of key technologies on wave, current and wind generation and their applications to the Ocean Engineering Basin. Also a new wave absorbing system were designed and installed. The details are described below. (1) Wave Generation A series of tests was performed to investigate nonlinear effects in generated shallow water waves and to determine a critical water depth in which the linear wave theory is valid. The results were applied to the hydraulic model test and Barge Mounted Plant model test. Also, spatial variation of wave properties in Ocean Engineering Basin at KRISO, was numerically calculated. (2) Current Generation The velocity measurement system was modified and automatized by servo motor and position measuring equipment for the effective and accurate measurement of current. Then the velocity was measured at some points to get the vertical profile of stream-wise velocity component. (3) Wind Generation In previous research the detail design of wind generator were carried out, and two sets of wind generators for the Ocean Engineering Basin were built. In present research test run and performance evaluation in the Basin were performed. Special efforts have been taken for the study of the effects of water surface on the wind profile. (4) Wave Absorber Using the developed computer program (Eigenfunction Expansion Method, Boundary Element Method), the performance of a submerged horizontal porous plate was tested with various porous parameters, lengths, submergence depths and heading angles. It was shown that an optimal combination of design parameters existed for given water depths and wave characteristics. The porosity significantly increased energy dissipation by fluid viscosity, and thus reduced reflected waves when the porous plate was located close to the calm water surface. it can be concluded that a properly designed horizontal porous plate can be a very effective wave energy absorber and its optimal design can be found through a comprehensive parametric study using the developed theory and computer programs. The wave absorber system was designed for installation at square basin. The length is 3 m, inclined angle and porosity are 11.3o and 0.1 respectively. Five punching plates were installed with cascade to follow the change of water depth. To further verify its performance, a large scale experiments were conducted with installed wave absorber. The measured reflection coefficient was under 10% except the long waves range. The satisfactory wave absorbing efficiency was obtained with simple structure, low price and saving of space. IV. Results and Applications The current research on development of operation technologies of equipment of marine environmental simulation results in establishment of accurate operation process for Ocean Engineering Basin based on theoretical and experimental study, - Enhancement of the quality of model test by excellent wave absorbing system. - Investigation of nonlinear effects due to shallow water depth. - Understanding of spatial variation of wave properties in basin.
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