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한울 신
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1 대한조선학회논문집 Journal of the Society of Naval Architects of Korea Vol. 49, No. 2, pp , April CFD 를이용한유동제어핀의최적설계 위다얼 1 김동준 1, 부경대학교조선해양시스템공학과 1 The Design Optimization of a Flow Control Fin Using CFD Da-Eol Wie 1 Dong-Joon Kim 1, Department of Naval Architecture and Marine Systems Engineering, Pukyong National University 1 Abstract In this paper, the Flow Control Fin(FCF) optimization has been carried out using computational fluid dynamics(cfd) techniques. This study focused on evaluation for the performance of the FCF attached in the stern part of the ship. The main advantage of FCF is to enhance the resistance performance through the lift generation with a forward force component on the foil section, and the propulsive performance by the uniformity of velocity distribution on the propeller plane. This study intended to evaluate these functions and to find optimized FCF form for minimizing viscous resistance and equalizing wake distribution. Four parameters of FCF are used in the study, which were angle and position of FCF, longitudinal location, transverse location, and span length in the optimization process. KRISO 300K VLCC2(KVLCC2) was chosen for an example ship to demonstrate FCF for optimization. The optimization procedure utilized genetic algorithms (GAs), a gradient-based optimizer for the refinement of the solution, and Non-dominated Sorting GA-Ⅱ(NSGA-Ⅱ) for Multiobjective Optimization. The results showed that the optimized FCF could enhance the uniformity of wake distribution at the expense of viscous resistance. Keywords : Computational fluid dynamics ( 전산유체역학 ), Flow control fin( 유동제어핀 ), Multiobjective optimization( 다목적최적화 ) 1. 서론 선박의이산화탄소배출규제실행과연료가격의상승에의해친환경선박이주목을받고있다. 새로운선박설계에서는에너지효율향상을위하여우수한저항성능을가진선형을개발하거나선체표면에부가물을부착함으로써선형의유체역학적성능향상을통하여에너지절감의효과를보고자하는것이대부분이다. Lee, et al.(2004) 은 40,000 톤급정유운반선에와류생성기 (vortex generator) 를부착하여선미변동압력을감소시키는방법을제시하였다. Jang, et al.(2006) 은 CFD 기법을활용하여와류생성기를설계하고모형시험을통하여실선에서의속도및캐비테이션성능을확인하였다. Choi, et al.(2009) 은 KCS 선형에유동제어판을부착하여선체에미치는영향을유체역학적관점에서연구하였다. 유동제어판을부착하였을때선체의자세와조파저항계수의변화를확인하였고, KCS 선박의경우선수트림이발생하여조파저항계수가감소하는것을볼수있었다. Park, et al.(2009) 은유동제어판 (Flow Control Plate) 의효과를활용하여저항과추진성능의향상을확인하였다. Lee (2011) 은 Wake Equalizing Duct 을부착하여선체저항변화와반류분포변화를확인하였다. 본연구에서는선미유동제어장치로서유동제어핀 (Flow Control Fin, FCF) 을부착하여반류개선에따른선체저항변화와공칭반류의변화를확인하고자한다. 그리고점성저항과반류분포의향상을목적으로하는 FCF 의최적설계를수행하였다. KVLCC2 를대상선박으로사용하였으며수치해석은상용유동해석프로그램인 CFX 를사용하였다. 그리고최적화는 Ansys 12 의 GDO(Goal Driven Optimization) 을사용하였다. FCF의선형, 부착위치, 부착각도을알기위하여설계변수를설정하고점성저항과반류분포를목적함수로하여 FCF 을이용한에너지효율향상선박을설계하고자한다. 2. 대상선박및수치해석 2.1 대상선박의선정 Fig. 1 Kriso 300K VLCC (KVLCC2) KVLCC2(Fig. 1) 는 MOERI( 구 KRISO) 에서설계되었고모형실험결과가공개되어있는 KRISO 300K VLCC (KVLCC2) 이며, Yang, et al.(2010) 과 Kim, et al.(2005) 에의해연구되었다. 접수일 : 2011 년 8 월 16 일 1 차수정일 : 2011 년 12 월 6 일 게재확정일 : 2012 년 3 월 26 일 교신저자 : djkim@pknu.ac.kr,

위다얼 김동준 본연구는 KVLCC2 의 1/58 의축척비를가지는모형시험과동일한조건에서수치계산을수행하였다. Table 1는 KVLCC2 의기본제원을나타내었다. Table 1 Principal particulars of KVLCC2 KVLCC2 KVLCC2 Model Scale 58.0 Lpp(m) 320 5.5172 B(m) 58.0 1.

2 위다얼 김동준 본연구는 KVLCC2 의 1/58 의축척비를가지는모형시험과동일한조건에서수치계산을수행하였다. Table 1는 KVLCC2 의기본제원을나타내었다. Table 1 Principal particulars of KVLCC2 KVLCC2 KVLCC2 Model Scale 58.0 Lpp(m) B(m) T(m) D(m) CB S.C.H. (m) Fn Rn U(kn) (m/s) 2.2 좌표계및수치해석방법 수치계산을위하여적용된좌표계는 Fig. 2에서보는바와같이선체길이방향을 x축, 폭방향이 y축, 연직상방향이 z축으로하는직교좌표계를사용하였다. 좌표계의원점은선체중심면과중앙면그리고자유표면이만나는점을잡았다. 의지배방정식은 Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) 식과연속방정식을사용하였다. 난류모형은 standard k -ε 모형을사용하였으며수치계산을위한격자는 Unstructured hybrid 로 tetrahedral를사용하였다. 그리고 는선행연구 (Kim, et al., 2009; Kim & Kim. 2006; Lee, 2011) 에서제시된 80으로설정하였다. Fig. 3은 Lee (2011) 에서수행하였던 KVLCC2 를 CFX 를사용하여 을 80 으로고정하고격자의수에따른점성저항계수의값을나타낸다. 격자의수가약110만개를넘어가면서점성저항계수의값이 1% 이하의오차를보이며변화하는것을확인할수있으므로격자의수렴성이확보되었다고판단된다. 따라서본연구에서는 를 80 으로설정하고약120 만개의격자를사용하였다. 각각의경계면에주어진경계조건과계산조건은 Table 2와같다. Table 2 Computational conditions 내용 CFD program CFX, CFX-Mesh Govering equation Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) Froude No Reynolds No Inlet region: velocity Inlet u=1.047m/s Outlet region: static pressure = 0 Boundary condition Hull surface: wall (no-slip condition) Remaining region: symmetry Turbulent model standard k -ε turbulent model Mesh type Unstructured hybrid(tetrahedral/prism) 수치해석의결과와 CFX 의유용성확인 Fig. 2 Coordinates system Table 3은수치해석을결과로얻어진마찰저항계수 (C F), 점성압력저항계수 (C VP), 마찰저항과점성압력저항을더한점성저항계수 (C V) 그리고형상저항계수 (1+k) 를그간발표된 Yang, et al.(2010), Kim, et al.(2008) 의수치해석결과와비교한것이다. 형상저항계수는 Hino (2005) 가추천한식을사용하였으며계산에사용된평판의마찰저항계수 (C FO) 는 ITTC-1957 의공식을사용하였다. 본수치해석에서구한각종저항계수의값은 Yang, et al.(2010), Kim, et al.(2008) 에서구한값들의사이에있음을확인할수있다. Table 3 Resistance coefficients (KVLCC2) Fig. 3 Cv by number of cells for the mesh sensitivity analysis (Lee, 2011) 본연구에서는상용프로그램 CFX 를사용하였으며, 난류유동 CF( 10 3 ) Cvp( 10 3 ) Cv( 10 3 ) 1+k ITTC Yang, et al.(2010) Kim, et al.(2008) Author JSNAK, Vol. 49, No. 2, April

CFD 를이용한유동제어핀의최적설계 Fig. 4는프로펠러평면에서의공칭반류분포 (nominal wake distribution) 의모습을보여주고있다. KVLCC2 와같은저속비대선의경우, 선미부의만곡부와류에의해서공칭반류분포가갈고리모양으로나타나는데 Fig. 4에서확인할수있다. Yang, et al.(2010) 에서구한공칭반류분포의모양은공칭반류속도가 0.

4 Axial velocity distribution on the propeller of KVLCC2 (Left: Yang, et al., 2010, Right: Author) 와 FCF 의점성저항수치를나타낸다. FCFP(Flow Control Flat Plate) 보다 FCF 를부착하였을때점성저항이작은수치가나타남을확인하였다.

3 CFD 를이용한유동제어핀의최적설계 Fig. 4는프로펠러평면에서의공칭반류분포 (nominal wake distribution) 의모습을보여주고있다. KVLCC2 와같은저속비대선의경우, 선미부의만곡부와류에의해서공칭반류분포가갈고리모양으로나타나는데 Fig. 4에서확인할수있다. Yang, et al.(2010) 에서구한공칭반류분포의모양은공칭반류속도가 0.3 ~ 1의범위에서수행되어지고본연구는 0.1 ~ 0.9 의범위에서수행됨으로써중앙주위의저속구간이더세밀하게묘사되고있으며, 전체적인형상이잘일치함을확인할수있다. 저항계수의값과공칭반류분포의모양이선행연구의수치결과가잘일치하므로상용유동해석프로그램인 CFX 의유용성을확인할수있었다. Fig. 4 Axial velocity distribution on the propeller of KVLCC2 (Left: Yang, et al., 2010, Right: Author) 와 FCF 의점성저항수치를나타낸다. FCFP(Flow Control Flat Plate) 보다 FCF 를부착하였을때점성저항이작은수치가나타남을확인하였다. 그러므로목적함수인점성저항관점에서 Plate 보다 Fin 이우수하기때문에선미유동제어장치로써 Fin 형상을부착하는것이적절하다고판단된다.(Wie, 2011) FCF 의단면형상으로 NACA 0012 (Fig. 6) 를사용하였다. 이는대칭성의형상으로서익형의기초연구에자주사용되며 t ( 최대두께 ) = c 12%= = 0.24m 이다. Rv Fig. 5 Rv of FCF and FCFP XPosition Fin Plate 3. Flow Control Fin 의설계 3.1 Fin 의제원 Fig. 6 Profile section shape, NACA 0012 Choi, et al.(2009) 은 KCS 선형에유동제어판을부착하여선체에미치는영향을유체역학적관점에서연구하였다. 조파저항계수및선수미침하량관점에서가장우수한것으로코드길이는 2.0m, 스팬길이는 1.5m 로선정되었다. 본연구에서는 KVLCC2 가 KCS 에비하여만곡부와류와박리에의한저항증가와반류의불균등정도가크기때문에 FCF 의성능을확인하기에적합하다고판단하여부착대상선박으로선정하였다. KCS 와 KVLCC2 의길이비에따른코드길이를설정하였다. 코드길이 / 스팬길이가 0.5 가되는스팬길이를초기 FCF 의제원으로설정하고코드길이 / 스팬길이가 0.7(25%) ~ 2.1(75%) 의스팬길이를설계변수로설정하여연구를수행하였다. Table 4는 Choi, et al.(2009) 의유동제어판과 FCF 의제원을비교한것이다. 3.2 FCF 의초기위치 Fig. 7 Initial design variable of FCF (Left: 60cm, Right: 20cm) Table 4 Comparison of chord and span length Plate Fin 대상선박 KCS KVLCC L(m) Chord length(m) Span length(m) (25%) ~2.1(75%) Fig. 5는초기부착위치에서 Chord length ~ 0.85 Chord length 의설계변수에따른 FCFP(Flow Control Flat Plate) Fig. 8 Ave. stdev of initial design variable 176 대한조선학회논문집제 49 권제 2 호 2012 년 4 월

위다얼 김동준 FCF 의초기위치를설정하기위하여 Fig. 7과같이선체의전진방향을 x축, 폭방향이 y축, 연직상방향이 z축으로하는직교좌표계를사용하였다. y축은 FCF 의 cord length/span length 가 0.5 가되는지점을설정하였고, z축은프로펠러의중심인 S.C.H(Shaft Center Height) 로설정하였다.

4 위다얼 김동준 FCF 의초기위치를설정하기위하여 Fig. 7과같이선체의전진방향을 x축, 폭방향이 y축, 연직상방향이 z축으로하는직교좌표계를사용하였다. y축은 FCF 의 cord length/span length 가 0.5 가되는지점을설정하였고, z축은프로펠러의중심인 S.C.H(Shaft Center Height) 로설정하였다. 그리고 y축, z축은고정하고 x축에초기설계변수로 20cm ~ 60cm 를설정하여반류불균등수치를목적함수로하여수행하였다. Table 5는 FCF 의 y축과 z축의부착위치, 각도로서초기설계변수의고정되어있는수치를나타낸다. Fig. 8은 FCF 를 x축을따라 20cm ~ 60cm 의설계변수로하여목적함수인반류불균등을수치계산한것이다. x축이 cm 에서가장작은반류불균등수치를얻었다. 그러므로 FCF 의초기부착위치는 Table 6의좌표로설정하였다. Table 5 Restrictive condition of initial FCF Y Position Z Position Angle Initial FCF 7.8cm 10cm Table 6 Coordinates of Initial position FCF X Position Y Position Z Position Angle Initial FCF(cm) 포의균등정도를사용하였다. 점성저항의단위는선체에작용하는점성저항력의크기 (N) 를사용하였다. 반류불균등정도를수치화시키는방법은 Lee (2011) 에서제시한방법을사용하였다. 프로펠러평면을반경방향으로 10 o 간격으로나누었다. 그리고 0.3Rp ~ 1.0Rp( 여기서 Rp 는프로펠러의반경 ) 까지총 8개의원주로나누고교점에서의종방향유속을구하여각반경별로종방향유속의표준편차를계산하였다. 반경별종방향유속의표준편차의평균값을반류균등도평가의목적함수로사용하였다. 4.3 응답표면생성 CFD 를이용한최적설계의시간을줄이기위하여실험계획법 (DOE) 을통해응답표면 (response surface) 을생성하고응답표면에서최적화알고리즘을적용하였다. 각목적함수를종속변수로하고, 4개의설계변수 (X Position, Y Position, Z Position, Z Angle) 를독립변수로하여 2차다항함수로표현된다. Fig. 9는반류불균등도 (Ave.stdev) 를 FCF 의 Angle, Position 의함수로표현했을때의모양이다. 4. 최적화 본연구에서사용한프로그램은형상과부착위치의변형은 Design Modeler, 수치계산은 CFX, 최적화기법은 Ansys 의 GDO(Goal Driven Optimization) 을사용하여수행하였다. 4.1 설계변수 본연구는 FCF 의초기위치에서선미길이방향을 X축, 폭방향을 Z축, 연직상방향을 Y축으로좌표축을잡았다. 그리고 FCF 의 X축위치, Y축위치, Z축위치, Z축의각도를설계변수로사용하였으며, 허용하한과허용상한은 Table 7과같다. Table 7 Design variable of FCF X Position Y Position Z Position Design variable Chord length ~ 0.85 Chord length -Radius of Propeller/2 ~ Radius of Propeller/2 Span/Chord length = 0.25 ~ Span/Chord length = 0.75 Z Angle -25 ~ 25 ( 반시계방향을각도의양의방향 ) Fig. 9 Response surface of Ave.stdev 5. 최적화계산결과 본연구는전역해의정확도를높이기위하여최적화과정을 2 단계로나누어수행하였다. 첫번째는확률론적최적화기법인알고리즘 (Genetic Algorithm, GA) 을이용하여전역해근처의해를찾았다. 두번째단계에서는첫번째단계에서도출된해를시작점으로하여기울기기반최적화기법인 NLPQL(Non Linear Programming by Quadratic Lagrangian, Schittkowski, 1985/86) 을적용하였다. 4.2 목적함수 5.1 점성저항 (Rv) 최적화 본연구는 FCF 의최적설계의목적함수로점성저항과반류분 최소점성저항을가지는최적화과정을수행하였고그결과얻 JSNAK, Vol. 49, No. 2, April

CFD 를이용한유동제어핀의최적설계 어진 FCF 의부착위치와제원은 Table 8과같다. Table 8 Location of FCF with minimum Rv X Position Y Position Span length Z Angle -3.6765-0.42671 3.5729 21.994 5.

10 은최소점성저항을가지는 FCF 의부착위치와제원에서의한계유선 (limiting streamlines) 을나타내고있다. Table 9 Comparison of hydrodynamic data of bare hull and hull with Rv optimized FCF Rv(N) Rf(N) Rvp(N) Ave. stdev Ave.

00693 만큼증가하는결과를가져왔으며평균공칭반류값은 0.0063 만큼증가하였다. FCF 의부착에의하여마찰저항 (Rf) 은 0.0085N 증가하였지만점성압력저항은 0.0085N 감소하였다. FCF 의아랫면에서압력이낮아짐에따라유속이빨라지면서만곡부와류의형성에의한 3차원박리 (ordinary separation) 현상이줄어든것으로판단된다.(Fig.

Table 11 Comparison of hydrodynamic data of bare hull and hull with Ave. stdev optimized FCF Rv(N) Ave. stdev Ave. wake Bare hull 9.1965 0.12763 0.37453 Ave. stdev opt hull 9.2465 0.11683 0.

5 CFD 를이용한유동제어핀의최적설계 어진 FCF 의부착위치와제원은 Table 8과같다. Table 8 Location of FCF with minimum Rv X Position Y Position Span length Z Angle 반류분포최적화 Table 10 Location of FCF with minimum Rv X Position Y Position Span length Z Angle Fig. 10 Limiting streamlines of FCF with minimum Rv Fig. 10 은최소점성저항을가지는 FCF 의부착위치와제원에서의한계유선 (limiting streamlines) 을나타내고있다. Table 9 Comparison of hydrodynamic data of bare hull and hull with Rv optimized FCF Rv(N) Rf(N) Rvp(N) Ave. stdev Ave. wake Bare hull Rv Opt hull Table 9는최소점성저항을가지는 FCF 을부착한선박과 Bare hull 의점성저항과반류불균등을비교한것이다. 점성저항은같은수치를얻었고, 반류불균등도 (Ave.stdev) 는 만큼증가하는결과를가져왔으며평균공칭반류값은 만큼증가하였다. FCF 의부착에의하여마찰저항 (Rf) 은 N 증가하였지만점성압력저항은 N 감소하였다. FCF 의아랫면에서압력이낮아짐에따라유속이빨라지면서만곡부와류의형성에의한 3차원박리 (ordinary separation) 현상이줄어든것으로판단된다.(Fig. 11) FCF 의부착으로인해마찰저항은증가하였지만박리감소로인하여점성압력저항이줄어들어 Bare hull 의점성저항과같은수치를얻었다고판단된다. Fig. 12 Limiting streamlines of FCF with minimum Ave. stdev 최소반류불균등수치를가지는최적화과정을수행하였고그결과얻어진 FCF 의부착위치와제원은 Table 10 과같다. Fig. 12 는최소반류불균등도를가지는 FCF 의부착위치와제원에서의한계유선 (limiting streamlines) 을나타내고있다. Table 11 Comparison of hydrodynamic data of bare hull and hull with Ave. stdev optimized FCF Rv(N) Ave. stdev Ave. wake Bare hull Ave. stdev opt hull Table 11 은최소반류불균등도를가지는 FCF 을부착한선박과 Bare hull 의점성저항과반류불균등을비교한것이다. 반류불균등도는 만큼감소하였고점성저항은 0.05N 증가하는수치를얻었으며, 평균공칭반류값은 만큼증가하였다. Fig. 13 Comparison of wake distribution at propeller plane of bare hull and hull with Ave. stdev optimized FCF (Left: Bare hull, Right: Ave. stdev opt hull) Fig. 11 Comparison of limiting streamlines (Left: Bare hull, Right: Rv opt hull) Fig. 13 은 Bare hull 과최소반류불균등도를가지는 FCF 를부착한선박의반류분포를나타낸다. FCF 의윗면에서아랫면에 178 대한조선학회논문집제 49 권제 2 호 2012 년 4 월

6 위다얼 김동준 비하여빠른유속을가지기때문에 Bare hull 에비하여 12 시구간의저속구간이줄어든것을확인할수있으며 6시구간의고속구간이줄어든것을볼수있다. 그리고중앙부근의저속구간영역도줄어든것을볼수있다. 5.3 점성저항과반류분포의다목적최적화 본연구에서는점성저항의크기와반류불균등정도를목적함수로하는 FCF 의다목적최적화를수행하기위해비지배정렬을기반으로하고다목적함수최적화문제에널리사용되는 NSGA- Ⅱ(Non-dominated Sorting GA-Ⅱ, Deb, et al. 2002) 를사용하였다. Table 12 는초기위치의 FCF 을부착한선박과 Bare hull 의점성저항과반류불균등을비교한것이다. FCF 의초기부착위치는길이방향의 x축의초기변수에따른반류불균등수치가최소가되는위치로선정하였다. 따라서반류불균등도는 만큼감소하였고점성저항은 N 증가하는수치를얻었으며, 평균공칭반류값은 만큼증가하였다. 최소의점성저항과반류불균등도를동시에만족하기위해서는목적함수의가중치를다르게두고다목적최적화를수행하는것이바람직하다고판단하였다. 점성저항은 75%, 반류불균등도는 25% 로가중치를설정하고최적화를수행하였다. Table 12 Comparison of hydrodynamic data of bare hull and hull with Initial FCF Rv(N) Ave. stdev Ave. wake Bare hull Initial FCF hull Table 13 은최소의점성저항과반류불균등도를동시에만족하는파레토최적해집합으로서 FCF 의부착위치와제원에따른목적함수의값을계산한결과이다. 최적해집합에서최소의반류불균등도를가지는 3번의 FCF 의제원과부착위치를선택하여한계유선 (limiting streamlines) 과반류분포를확인하였다. Fig. 14 limiting streamlines of Multiobjective optimized FCF Fig. 14 는최소의점성저항과반류불균등도를동시에만족하는 FCF 의부착위치와제원에서의한계유선 (limiting streamlines) 을나타내고있다. Table 14 의최소의점성저항과반류불균등도를동시에만족하는 FCF 을부착한선박과 Bare hull 의점성저항과반류불균등을비교한것이다. 반류불균등도는 만큼감소하였고점성저항은 N 증가하는수치를얻었으며, 평균공칭반류값은 만큼증가하였다. Table 14 Comparison of hydrodynamic data of bare hull and hull with Multiobjective optimized FCF Rv(N) Ave. stdev Ave. wake Bare hull Multiobjective opt hull Fig. 15 는 Bare hull 과최소의점성저항과반류불균등도를동시에만족하는 FCF 를부착한선박의반류분포를나타낸다. FCF 의윗면에서아랫면에비하여빠른유속을가지기때문에 Bare hull 에비하여 12 시구간의저속구간이줄어든것을확인할수있으며 6시구간의고속구간이줄어든것을볼수있다. 그리고중앙부근의저속구간영역도줄어든것을볼수있다. Table 13 Comparison of optimum FCF and objective function X Y Position Position Span length Z Angle Rv(N) Ave. sdtev Ave. wake Fig. 15 Comparison of wake distribution at propeller plane of Bare hull and hull with Multiobjective optimized FCF (Left: Bare hull, Right: Multiobjective opt hull) Fig. 16 은 Bare hull 과최소의점성저항과반류불균등도를동시에만족하는 FCF 의프로펠러반경별반류불균등도를나타내고있다. 0.3R 에서는 Bare hull 보다반류불균도가높은수치를나타 JSNAK, Vol. 49, No. 2, April

7 CFD 를이용한유동제어핀의최적설계 내지만 0.4R ~ 1.0R 에서낮은수치를나타내어전체적인반류불균등도가낮은수치를얻은것으로판단된다 Bare hull OPT FCF 박을설계하고자하였다. 전역해의정확도를높이기위하여확률론적최적화기법인알고리즘 (Genetic Algorithm, GA) 과기울기기반최적화기법인 NLPQL(Non Linear Programming by Quadratic Lagrangian, Schittkowski 1985/86) 을적용하여 FCF 를점성저항과반류분포의관점에서각각최적화를수행하였다. ave. stdev 점성저항최적화에서 Bare hull 의점성저항과같은수치를얻었고, 반류불균등도 (Ave. stdev) 는증가함으로써반류불균등정도가증가하는결과를가져왔다. FCF 의부착에의하여마찰저항 (Rf) 은증가하였지만점성압력저항은감소하였다 R 0.4R 0.5R 0.6R 0.7R 0.8R 0.9R 0.10R radius of propeller Fig. 16 Distribution of computational ave. stdev Velocity u of propeller plane R 0.7R 0.8R 0.6R FCF 0.7R FCF 0.8R FCF Angle Fig. 17 Distribution of computational velocity u Fig. 17 은 Bare hull 과최소의점성저항과반류불균등도를동시에만족하는 FCF 의 0.6R, 0.7R, 0.8R 에서의각도별종방향유속을나타내고있다. 0 ~ 45 구간의저속영역에서는 Bare hull 보다속도가증가하였고, 45 ~ 180 구간에서는속도가감소하였다. 저속구간의속도는증가하고고속구간의속도는감소하여반류불균등도의수치가줄어든것으로판단된다. 2. 반류분포최적화에서반류불균등도는감소하였고점성저항은증가하는수치를얻었다. Bare hull에비하여 12시영역과중앙부근의저속구간이줄었고, 6시영역의고속구간이줄어든것을확인할수있었다. 3. 점성저항과반류분포의다목적최적화에서반류불균등도는 8.4% 감소하였고점성저항은 0.4% 증가하는수치를얻었다. 0 ~ 45 구간의저속영역에서는 Bare hull 보다속도가증가하였고, 45 ~ 180 구간에서는속도가감소하였다. 저속구간의속도는증가하고고속구간의속도는감소하여반류불균등도의수치가줄어든것으로판단된다. 본연구를통하여반류분포의균일성을향상시킬수있는 FCF 의제원과부착위치를찾음으로써, FCF 로인한에너지효율선박의가능성을확인할수있었다. 하지만다목적최적화를수행할경우점성저항의증가를가져왔다. 점성저항과반류분포를동시에향상시키기위해서 FCF 의다양한단면형상과설계변수영역의확대에대한연구가필요하다고생각된다. 그리고 FCF 주위의난류유동을좀더정확하게표현할수있는난류모델에의한연구가필요하다고생각된다. 또한, 반류분포의균일도에따른유체역학적성능향상의정량적연구가필요하다고생각된다. 후기 본논문은교육과학기술부 2010년선정과제지역혁신인력양성사업 (I00125) 의지원으로연구되었습니다. 6. 결론 참고문헌 본연구에서는선미유동제어장치로서 Flow Control Fin 을부착하여반류개선에따른선체저항변화와공칭반류의변화를확인하고자하였다. 그리고점성저항과반류분포의향상을목적으로하는 FCF 의최적설계를수행하였다. FCF 의선형, 부착위치, 부착각도을알기위하여설계변수를설정하고점성저항과반류분포를목적함수로하여 FCF 을이용한에너지효율향상선 Choi, H.J. Chun, H.H. Yoon, H.S. Lee, I.W. Park, D.W. & Kim, D.J., Potential Flow Analysis for a Ship with a Flow Control Plate near the Stern. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 46(6), pp Deb, K. Pratap, A. Agrawal, S. & Meyarivan, T., A Fast and Elitist Multiobjective Genetic Algorithm: NSGA-II. 180 대한조선학회논문집제 49 권제 2 호 2012 년 4 월

위다얼 김동준 Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Evolutionary Computation, 6(2), April. 2002, pp.182-197. Hino, T., 2005. Proceedings of CFD Workshop Tokyo.

Proceeding of the Annual Autumn Meeting the Society of Naval Architects of Korea, pp.467-472. Kim, H.T. & Kim, H.T., 2006.

8 위다얼 김동준 Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions on Evolutionary Computation, 6(2), April. 2002, pp Hino, T., Proceedings of CFD Workshop Tokyo. Tokyo, Japan, Jang, Y.H. Park, J.J. Kim, B.G. & Choi, Y.B., Notes on the Design and Application of Vortex Generators. Proceeding of the Annual Autumn Meeting the Society of Naval Architects of Korea, pp Kim, H.T. & Kim, H.T., Research of Elements Giving Effects on the Nunerical Analysis for the LNG Carrier. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 43(6), pp Kim, B.N. Kim, W.J. Kim, K.S. & Park, I.R., The Comparison of Flow Simulation Results around a KLNG Model Ship. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 46(3), pp Kim, H.J. Chun, H.H. An, N.H., Hull Form Optimization using Parametric Modification Functions and Global Optimization. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 45(6), pp Kim, J. Park, I.R. Kim, K.S. & Van, S.H., RANS Simulations for KRISO Container Ship and VLCC Tanker. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 42(6), pp Lee, H.S., The Design Optimization of a Wake Equalizing Duct Using CFD. Master Thesis. Pukyong National University. Lee, C.J. Park, I.R. Lee, Y.H. & Byeon, S.H., A Study on the Performances Affected by Vortex Generator for DWT 40,000Ton Product Carrier. Proceedings of the Annual Autumn Meeting the Society of Naval Architects of Korea, Sancheong, October, 2004, pp Park, D.W. Choi, H.J. Yoon, H.S. & Chun, H.H., A Numerical Study for Improvement of the Speed-performance of a Ship with Flow Control Flat Plate. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 46(3), pp Schittkowski, K., 1985/86. NLPQL: A FORTRAN subroutine solving constrained nonlinear programming problems. Annals of Operations Research, 5(2), pp Wie, D.E., The Design Optimization of a Flow Control Fin Using CFD. Master Thesis. Pukyong National University. Yang, H.U. Kim, B.N. Yoo, J.H. & Kim, W.J., Wake Comparison between Model and Full Scale Ships Using CFD. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 47(2), pp 위다얼김동준 JSNAK, Vol. 49, No. 2, April

김우전5.hwp

김우전5.hwp 대한조선학회논문집 Journal of the Society of Naval Architects of Korea 제권제호 년 월 Vol., No., pp. -, April DOI:./SNAK... 양해욱 *, 김병남 **, 유재훈 *, 김우전 * 목포대학교기계조선해양공학부해양시스템공학전공 * 중소조선연구원 ** Wake Comparison between and