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 Scale Ships Using CFD Haeuk Yang *, Byoung-Nam Kim **, Jaehoon Yoo * and Wu-Joan Kim * Department of Ocean Engineering, Mokpo National University * Research Institute of Medium & Small Shipbuilding ** Abstract Assessment of hydrodynamic performance of a ship hull has been focused on a model ship rather than a full-scale ship. In order to design the propeller of a ship, model-scale wake is often extended to full-scale based upon an empirical method or designer's experience, since wake measurement data for a full-scale ship is very rare. Recently modern CFD tools made some success in reproducing wake field of a model ship, which implicates that there are some possibilities of the accurate prediction of full-scale wakes. In this paper firstly the evaluation of model-scale wake obtained by Fluent package was performed. It was found that CFD calculation with the Reynolds-stress model provided much better agreement with wake measurement in the towing tank than with the realizable k-ε model (RKE). In the next full-scale wake was calculated using the same package to find out the difference between model and full-scale wakes. Three hull forms of KLNG, KCS, KVLCC having measurement data open for the public, were chosen for the comparison of resistance, form factor, and propeller plane wake between model ships and full-scale ships. Keywords: CFD( 계산유체역학 ), Stern viscous boundary layer( 선미점성경계층 ), Wake( 반류 ), ship ( 모형선 ), -scale ship( 실선 ) 접수일 : 년 월 일, 승인일 : 년 월 일 교신저자 : kimwujoan@mokpo.ac.kr, --
양해욱, 김병남, 유재훈, 김우전. 서언최근조선소의선형설계과정에서전산유체역학 (Computational Fluid Dynamics, CFD) 기술이활발히활용되고있으나, 아직은실선레이놀즈수 (Reynolds number) 에서의계산보다는모형선스케일에국한되고있는실정이다. 이러한이유는실선스케일에대한난류유동장해석을위한모델링방법이완벽하게정립되지않았다는것과수치계산결과의검증에필요한실선계측자료를구하기어렵기때문이라고할수있다. 일반적으로모형선과실선주위에서의유동현상은비교적점성경계층이얇은선수부에서는유사하나, 선미부에서는레이놀즈수의차이에서나타나는점성경계층의두께차이로말미암아압력, 반류분포, 선미파등에서차이를보이게된다. 최종적으로좋은저항추진성능을가지는선박, 특히반류분포의특성에따른우수한추진성능을가지는선형을설계하기위해서는실선스케일에서의유동현상에대한좀더정확한해석이필요하다. 최근에높은레이놀즈수에서벽함수사용의문제점등을분석하여축대칭주위유동이나평판경계층유동에대한점성유동장계산방법을개선하기위한연구 (Choi ) 가수행된적은있으나, 위에언급한이유로실선에대한 CFD 계산결과를선형설계에직접반영하지는못하고있는형편이다. 현재널리사용되고있는상용 CFD 프로그램들이모형선스케일과같은 정도의비교적낮은레이놀즈수에서정성적으로나정량적으로모형시험결과와비교적유사한결과를주고있는것으로알려져있다. 이를근거로본연구에서는실선스케일에해당하는높은레이놀즈수에서수치계산을수행하여실선의유동현상을모형선스케일에서의유동장해석결과와비교분석해보았다. 수치계산대상선형으로는모형시험결과가공개되어있는 KRISO K LNG carrier(klng), KRISO TEU container ship(kcs), KRISO K VLCC(KVLCC) 를선정하였다. 각선형에대한수치계산조건은 L PP 를기준으로했을때, 각선형의설계속도에해당하는 Froude number(fn) 는.(KLNG),.(KCS),.(KVLCC) 이며, Reynolds number(re) 는모형선크기에해당하는. (KLNG),. (KCS),. (KVLCC) 와실선크기에해당하는. (KLNG),. (KCS),. (KVLCC) 에대해수치계산을수행하였다. 그리고난류모형에따른저항계수와반류분포의차이를파악하기위해비교적사용빈도가높은 Realizable k-ε model ( 이하 RKE) 과 Reynolds-stress model( 이하 RSM) 을사용하였다. 실선계산의경우, 모형선과는달리격자계분포의적정성이검증되지못했기때문에격자계민감도를확인하기위해 KLNG 선에대하여첫번째격자중심에서의 (, 이하 ) 분포 가지에대하여 RSM 을사용한수치계산을수행하여저항계수및프로펠러면에서의반류분포에대한영향을조사하였다. 유동해석은수치계산의편의성을위해자유수면의효과를배제하고이중모형 (double body) 에대하여수행하였다. 사용된프로그램은 Fluent.. 이며, WINDOWS PC CPU 개를활용하여계산을수행하였다.. 점성유동장해석기법 본연구에서는 Fluent.. package 를사용하여수치계산을수행하였다. 난류유동의지배방정식은 Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) 방정식과연속방정식이며, 난류모형에따른계산결과의차이를비교하기위하여그동안선박의반류추정을위해흔히사용되었던 Realizable k-ε model Table Key features of CFD systems CFD program Fluent.. Governing equation Incompressible RANS Eqn. Discretization Turbulence model Wall function Convection term Diffusion term Velocity-pressure coupling Cell centered FVM (Unstructured Grids) Reynolds Stress model (Linear Pressure-Strain) Realizable k-ε model Non-Equilibrium QUICK Central Difference Scheme SIMPLEC Algorithm Journal of SNAK, Vol., No., April
(RKE) 과고차의 Reynolds stress model 을사용하였다. 수치계산에사용된점성유동장해석법은 Table 에정리하였다.. 모형선제원및계산조건실선과모형선스케일에서의유동현상차이를파악하기위하여모형선에대한계측결과가공개되어있으며, 방형비척계수 (C B) 에서뚜렷한차이를보이는대표적인선형으로서 K LNG carrier (KLNG), TEU container ship(kcs), K VLCC(KVLCC) 등세척을대상선형으로선정하였다 (Van et al., Kim et al., Van et al. ). 각선박에대한정면도와주요목을 Fig. ~ 과 Table ~ 에각각수록하였다. Table Principal particulars of KLNG KLNG Prototype Scale ratio /. L PP (m). B (m).. T (m).. Speed (m/s). (.kts). C B. Froude No. (Fn). Reynolds No. (Re).. Table Principal particulars of KCS KCS Prototype Scale ratio /. L PP (m). B (m).. T (m).. Speed (m/s). ( kts). C B. Froude No. (Fn). Reynolds No. (Re).. Fig. Body plan of KLNG Fig. Body plan of KCS Table Principal particulars of KVLCC KVLCC Prototype Scale ratio /. L PP (m). B (m).. T (m).. Speed (m/s). (.kts). C B. Froude No. (Fn). Reynolds No. (Re).. Fig. Body plan of KVLCC 수치계산을위해사용된경계조건을살펴보면, 선체표면에서는경계면의속도가 이므로그경계면을통한대류항의기여는없고단지벽전단응력으로인한접선방향의점성효과 ( 즉, viscous flux) 만고려하였고, 유입면은균일속도조건 (U=, V=W=) 을, 유출면은압력경계조건을, 수직중심면과자유수면에는대칭조건을부여하였으며, 바깥경계면은균일류조건을사용하였다. 대한조선학회논문집제 권제 호 년 월
양해욱, 김병남, 유재훈, 김우전. 격자생성 수치계산을위한격자계는 Gridgen package 를사용하여 O-H 형태로생성하였다. 계산영역은상류방향에대해서는 F.P. 로부터. L PP, 하류방향은 A.P. 로부터. L PP, 횡방향및깊이방향은선체중심선으로부터. L PP 을택하였다. 우선실선에서 변화에의한계산결과를비교하기위하여 KLNG 선의격자수를 만개정도로고정한상태에서다섯가지 값 (,,,, ) 에대하여수치계산결과로얻어진난류유동장을살펴보았다. 선체표면에가장가까운격자중심에서의 값을 Table 에나타내었다. 최소 를 으로선택한이유는 이하로격자를생성할경우격자의세장비 (aspect ratio) 가너무커져좋은격자계를생성할수없었을뿐만아니라실선스케일에서수치계산의효율성이떨어지기때문이다. 최대 를 으로선택한이유는현재까지알려진가장높은레이놀즈수에서유동장을계측한슈퍼파이프의실험결과 (Patel ) 에서확인된바와같이, 레이놀즈수가증가할수록벽함수를만족하는 의범위가증가하여실선스케일인 인경우 =까지벽함수를만족할것이라생각되었기때문이다. 실선스케일에서의벽함수법칙 (logarithmic law of the wall) 을만족하는 범위를검증하기위해앞서언급한슈퍼파이프실험결과중 Re가가장큰,, 에대하여수치계산을수행하여계산결과를 Fig. 에나타내었다. 로그영역의기울기 () 가일치하는 범위는 까지로보이며, 에서는마찰응력이크게추정되어기울기가조금차이나는것으로보인다. 또한로그영역의기울기 () 확인을위한그림 (Fig. ) 에서도같은결과를보여주고있다. 위와같은높은레이놀즈수에대한수치계산검증을바탕으로 KLNG 선의 값을변화시켜계산한결과에서반류비교에대한좋은결과를보여준 을 KCS 와 KVLCC 에적용하여실선계산용격자계를생성하였다. 한편모형선스케일에서유동계산을수행하기위해서는그동안의경험을바 탕으로 를 으로고정 (Kim and Kim, Kim et al. ) 하여실선과동일한격자수로격자계를생성하였다. Fig. 은실선스케일의유동장해석을위한 KLNG 선의격자계를보이고있다. Table Grid numbers and for KLNG (KLNG) Grid A () Grid B (Prototype) Grid C (Prototype),, Grid D (Prototype) Grid E (Prototype) Grid F (Prototype),,, axial radial girth Total cell number, Table Grid numbers and (KCS) for KCS Grid A () Grid B (Prototype), axial radial girth Total cell number, Table Grid numbers and (KVLCC) for KVLCC Grid A () Grid B (Prototype), axial radial girth Total cell number, Fig. Calculated velocity profiles in super pipe flow according to Journal of SNAK, Vol., No., April
Fig. Effect of on the slope of the logarithmic law of the wall from the computed velocity profiles for super-pipe experiment Fig. Grids around KLNG(full scale). 모형선스케일의수치계산과모형시험결과비교 실선에대해서는계측자료를구할수가없으므로모형선스케일의수치계산과모형시험결과를비교하여 CFD 유동해석결과의신뢰성을확인하고자하였다. 세척의대상선형에대해각각수치계산과모형시험의결과로얻은추진기면에서의반류분포를비교하였다. 앞서설명한대로자유수면을포함하지않은이중모형으로계산을수행하였으며, RKE 와 RSM 난류모형을각각사용하였다. Fig. 를보면 KLNG 의경우 Realizable k-ε 난류모형 (RKE) 을사용한수치계산결과로얻은추진기면의반류분포는빌지보오텍스에의한축방향속도성분의분포로나타나는갈고리모양 (hook-like shape) 이약하게계산된반면, 좀더 -. -. Propeller plane(st..) Experiment FLUENT.. Realizable k-e model.. Propeller plane(st..)......................... Experiment FLUENT... Reynold stress model.. Fig. Comparison of wake field using RKE and RSM turbulence model (KLNG) 고차의난류모형인 Reynolds-stress model 로수치계산을수행한결과에서는보다뚜렷한갈고리모양을볼수있으며, 모형시험결과와상당한일치를보이고있다. 특히 RKE 를사용한경우에는전체적으로경계층의두께가작게추정되었음을알수있으며, 전체적인추진기면의공칭반류분포또한 RSM 을사용하여수행한수치계산결과가모형시험결과와좀더유사함을알수있다. KCS 에대해서수행한수치계산결과를도시한 Fig. 을보면 RKE 의경우모형시험에비해. 이상의반류영역이좀더좁게보이나, RSM 의경우는모형시험과유사한분포를보이고있다. KVLCC 에대하여 RKE 와 RSM 난류모형을사용하여수치계산을수행하여그결과를 Fig. 에도시하였다. RKE 와 RSM 모두모형시험과상당한일치를보이고있으나, RSM 의결과가모형시험에보다가까운것으로판단된다. 특히축방향속도가 대한조선학회논문집제 권제 호 년 월
양해욱, 김병남, 유재훈, 김우전 Propeller plane(st..) Propeller plane(st..) -. -. Experiment.. FLUENT.. Realizable k-e model........ -. -. -. Experiment FLUENT.. Realizable k-e model............. Propeller plane(st..) Propeller plane(st..) -. -. Experiment FLUENT.. Reynold stress model.......... -. -. -. Experiment FLUENT.. Reynold stress model............. Fig. Comparison of wake field using RKE and RSM turbulence model(kcs) Fig. Comparison of wake field using RKE and RSM turbulence model(kvlcc). 인등속선의모양을보면 RKE 의경우갈고리모양의깊이모형시험에비하여약하게나타났으나, RSM 을사용한계산결과에서는훨씬강한빌지보오텍스가모형시험결과에비슷한곳에위치해있음을확인할수있다. KLNG, KCS, 그리고 KVLCC 의세모형선에대하여 RKE 와 RSM 난류모형을사용한수치계산결과를종합해본결과, RSM 를사용한경우에빌지보오텍스에의한축방향속도의갈고리모양등속선이모형시험결과를훨씬잘재현하고있으며, RKE 를사용한경우에는점성경계층의두께가얇게추정되고있음을알수있었다. 모형선스케일에서수행한수치계산결과로부터 RSM 난류모형이수치계산의노력이많이필요하다는약점이있지만, 보다정확한반류분포를제공함을확인하였다.. 모형선과실선스케일에서의유동장비교앞절에서살펴본바와같이 CFD 프로그램을통한모형선스케일에서의계산결과가모형시험과유사한결과를주고있음을근거로계산조건을실선레이놀즈수로확장하여 KLNG, KCS, KVLCC 에대하여수치계산을수행하였다. 실선스케일에서의난류유동계산은경험이충분하지못하여선체표면에서의벽함수를적용하기위한첫번째격자계위치선정에대한검증이필요하다. 본절에서는우선 KLNG 에대해서는실선에서의 위치에따른영향을조사하였으며, 이결과를바탕으로 KCS 와 KVLCC 는실선스케일에서계산한결과를모형선에대한계산결과와비교하였다. Journal of SNAK, Vol., No., April
. KLNG 의유동계산결과비교 우선 Table 에제시된바와같이 KLNG 실선에대하여 가지의 를적용한격자계에대하여수치계산을수행한후, 그결과를모형선에대한결과와함께비교하였다. Table 은수치계산결과로얻어진마찰저항계수 (C F), 점성압력저항계수 (C VP), 그리고마찰저항과점성압력저항을더한점성저항계수 (C V) 값들을비교한것이다. 마찰저항의경우, 모형선크기에서평면의마찰저항곡선을변형하여얻어진 ITTC 공식보다는 Schoenherr 에의해서얻어진 ATTC 곡선이평판의마찰저항계수를정확히대변하고있다고판단되어기준값으로삼았다. 그리고이를바탕으로점성압력저항계수와의비로서형상계수 (form factor) 를산정하였다. 모형선과실선모두에대하여 RSM 을사용한계산이 RKE 를사용한경우보다는 ATTC 곡선과가까운결과를보이고있으며, RKE는마찰저항계수와점성압력저항계수를모두작게추정하고있다. 또한실선스케일에서 RSM 을사용하여다른 에대하여수행한결과를비교해보면 가증가할수록마찰저항계수가크게추정되고있는데, 이는실제벽함수를적용하는지점에따라서마찰응력의산정에약간씩차이가나타나기때문으로보인다. Table Resistance coefficients(klng) Grid ( ) Scale ( 난류모형 ) C F ( ) C VP ( ) C V ( ) form factor ATTC. - - - GridA () (RKE).... GridA ().... ATTC. - - - GridB (,) (RKE).... GridB (,).... GridC (,).... GridD (,).... GridE (,).... GridF (,).... -. -. -. -. Propeller plane (St..) Scale. y+, RSM.... Propeller plane (St..) Scale. y+, RSM.. Propeller plane (St..) Scale. y+, RSM Propeller plane (St..) Scale. y+, RSM...................................................................... 대한조선학회논문집제 권제 호 년 월
양해욱, 김병남, 유재훈, 김우전 -. Propeller plane (St..) Scale. y+, RSM................... Fig. Comparison of wake field with different (KLNG, RSM) RSM 을사용한경우에대하여 =,,,, 으로변화시키면서수행한수치계산결과를 Fig. 에추진기면에서의축방향속도분포와횡방향속도벡터로나타내고있다. 가변화하더라도 까지는결과에큰차이를보이고있지않다. 특히축방향속도가. 인등속선에서보이는작은갈고리모양에서도유사한결과를보이고있다. 가 인경우에는갈고리모양의위치가약간이동하였으며, 인경우에는갈고리모양이축방향속도. 인등속선에서나타나고있다. 이를바탕으로 = 까지는실선스케일의계산결과가크게차이가나지않음을알수있었다. Fig. 은모형선스케일과실선스케일의추진기면에서의축방향속도분포와횡방향속도벡터를나타내고있다. 실선스케일의경우축방향속도의등속선이모인영역이모형선스케일에비해작게형성됨을알수있다. 이를통해실선의경우레이놀즈수가커지면서경계층이얇아짐에기인하여종방향속도성분이급격히변하는영역이좁아짐을알수있다. 그리고 RSM 으로계산한경우가 RKE 으로계산한경우보다점성경계층의두께가두꺼우며, 갈고리모양이더뚜렷하게나타났다. 실선스케일의계산결과에서는모형선에비하여빌지보오텍스가약하게형성되어있으며, 경계층이얇아진이유로보다안쪽에위치하고있음을알수있다. -. -. -. -. Propeller plane(st..).. Scale y+, RKE Propeller plane(st..) Scale y+, RSM.. Propeller plane(st..) Scale y+, RKE.. Propeller plane(st..) Scale y+, RSM...................................................... Fig. Calculated wake field between full & model scales(klng, RKE/RSM) Journal of SNAK, Vol., No., April
. -. Fig. 는실선스케일과모형선스케일의선체표면압력분포를비교한그림이다. 선수의경우미미한차이를보이나선미의경우압력분포에큰차이를보이고있다. 특히중앙평행부에서선미쪽으로폭이좁아지는빌지영역에서실선스케일에서는 Cp=-. 의등압선이보이나모형선스케일에서는보이지않고있고있으며, 선수부에비해서는전체적으로큰차이를보이고있다............. -... -.. -. -. -. -. - - -...... -... -....... KLNG-Cp (y+, RSM) Solid : scale, Dashed : scale....... -. -... -. -. -.... -. -. - - -.... -... -.. -. -. -. -. - -. -. KLNG-Cp (y+, RSM) Solid : scale, Dashed : scale Fig. Comparison of pressure distribution between model and full-scales of KLNG with RSM(top: bow, bottom: stern). KCS 의유동계산결과비교 이번절에서는 KCS 에대하여 =( 모형선 ), =( 실선 ) 을기준으로생성된격자계에서난류유동해석을수행하였다. 먼저 RKE 와 RSM 을사용하여얻은저항계수를 Table 에비교하였다. 앞절에서설명한 KLNG 의경우와마찬가지로 RKE 를사용한경우에는마찰저항및점성압력저항이작게예측되고있음을알수있으며, 형상계수또한작게추정되었다 -. -. -. -. - - -. -. -. -. -. -. -. -. Propeller plane(st..).. Scale y+, RKE Propeller plane(st..) Scale y+, RSM.. Propeller plane(st..) Scale y+, RKE.. Propeller plane(st..) Scale y+, RSM.............................................. Fig. Calculated wake field between full & model scales(kcs, RKE/RSM) 대한조선학회논문집제 권제 호 년 월
양해욱, 김병남, 유재훈, 김우전 Grid ( ) Scale ( 난류모형 ) C F ( ) C VP ( ) C V ( ) form factor ATTC. - - - GridA () GridA () (RKE)........ ATTC. - - - GridB (,) GridB (,) Table Resistance coefficients(kcs) -. -... -.. -... -. -... -.. -. -. -... -. (RKE) -. -. -. -... -. -.. -. -. -. -. -. -. -.. -. -. -. -. -. -. -. -.. -..... -......... Solid :. scale, Dashed : scale... KCS-Cp (y+, RSM). -... -. -. -................. -. -. -.. -. -. Solid : scale, Dashed : scale..... KCS-Cp (y+, RSM).. -. -. -... -.... -. -. -. -. Fig. Comparison of pressure distribution between model and full-scales of KCS with RSM(top: bow, bottom: stern) Fig. 은 KCS 에대한모형선과실선스케일에서추진기면의축방향속도분포와횡방향속도벡터를나타내고있다. 모형선과실선스케일모두 RSM 으로계산한경우 RKE 으로계산한것보다속도분포가좀더밖으로퍼져있어경계층이보다두껍게계산되었으며, Fig. 에서확인한바와같이 RSM 이 RKE 보다모형시험과비슷한결과를주었 던것으로미루어볼때, RKE 에의한실선스케일계산결과는지나치게경계층이작게추정되는것으로보인다. Fig. 는선체표면압력분포를비교한그림이다. 선수의경우큰차이를보이지않으나선미의경우전체적으로차이가있으며특히 Cp=-. 등압곡선의경우분포형태에뚜렷한차이를보이고있다.. KVLCC 선의유동계산결과비교 이번에는 KVLCC 에대하여 =( 모형선 ), =( 실선 ) 에대한난류유동해석을 RKE 와 RSM 을사용하여수행하였다. 저항계수를비교한 Table 의결과를보면앞의 KLNG, KCS 와마찬가지로 KVLCC 또한 Table 을통해 RSM 으로계산한경우 RKE 으로계산한경우보다큰점성저항계수와형상계수를주고있음을알수있다. Table Resistance coefficients(kvlcc) Grid ( ) Scale ( 난류모형 ) C F ( ) C VP ( ) C V ( ) form factor ATTC. - - - GridA () GridA () (RKE)........ ATTC. - - - GridB (,) GridB (,) (RKE)........ Fig. 에는 KVLCC 의모형선과실선스케일의추진기면에서의반류분포를보이고있다. RKE 를사용한경우에는모형선에서는뚜렷하던갈고리모양이사라졌으며, 경계층이많이얇아진형태로나타났다. 하지만보다고차의난류모형인 RSM 을사용한경우에는실선에서도빌지보오텍스에의한갈고리모양의축방향등속선이나타나며, 경계층도 RKE 에비하여두껍게나타나고있다. RSM 을사용한수치계산으로얻어진선체표면압력을도시한 Fig. 에서는앞의 KLNG, KCS 의경우에서와같이선미빌지부분에가장큰차이를보이고있음을알수있다. Journal of SNAK, Vol., No., April
.. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. Propeller plane(st..) Scale y+, RKE.. Propeller plane(st..)........... -. -. -.......... -. -. -. -. --. - - -.... -..... -. KVLCC-Cp (y+, RSM) Solid : scale, Dashed : scale......... -..... -.. -... -. -. -. -. -. -. -. -. -. - -. -. -. -. -. -. - - -. -. -. -. -. -. -. -. -. Scale y+, RSM.. Propeller plane(st..) Scale y+, RKE.. Propeller plane(st..) Scale y+, RSM................................... Fig. Calculated wake field between full & model scales(kvlcc, RKE/RSM)... -... -.. -.. -. -. -. - -.... -... KVLCC-Cp (y+, RSM) Solid : scale, Dashed : scale... -. -... -.. Fig. Comparison of pressure distribution between model and full-scales of KVLCC with RSM(top: bow, bottom: stern) -. -. -. 프로펠러반경에따른 nominal wake Fig. 은 =( 모형선 ), =( 실선 ) 의격자계와 RSM 난류모형을사용하여얻은계산결과를바탕으로계산된반류분포로부터추진기설계에흔히활용되는공칭반류의회전방향평균을도시한그림이다. 그리고비교를위해수조모형시험에서추력일치법을사용하여얻어진모형선의유효반류와 ITTC 방법에의해실선으로확장한유효반류의비를구하고, 이를모형선스케일에서의유동해석을통해계산된공칭반류에곱한값을함께표시하였다. 유효반류의비로변환된곡선은모형선반류의반경방향분포는같고단지값을줄인결과로서실제실선계산으로부터얻어진반류분포와많은차이를보이고있다. 또한실선의반류분 -. -. - - - 대한조선학회논문집제 권제 호 년 월
양해욱, 김병남, 유재훈, 김우전 포는 KLNG 와 KVLCC 와같이비교적비대한선미의경우에는완전히다른형태를보이고있으며, r/r=. 까지의곡률이확연히다름을알수있다. W n W n W n......... KLNG Radial distribution of circumferential nominal wake. r/r.......... r/r......... (W n ) m X(W e ) s /(W e ) m KCS Radial distribution of circumferential nominal wake. r/r (W n ) m X(W e ) s /(W e ) m KVLCC Radial distribution of circumferential nominal wake (W n ) m X(W e ) s /(W e ) m Fig. Radial distribution of nominal wake(from top, KLNG, KCS, KVLCC) 모형선의공칭반류를실선으로확장하기위한방법은흔히점성경계층의두께를기준으로포텐셜반류를제외한점성반류를스케일링하는것이보통인데, 차원경계층에서발생하는유동박리중의하나인빌지보오텍스의위치와크기등을실선스케일로확장하는방법이제시되기전까지는정확한확장법을구하기가어려운것이사실이다. 본연구에서는모형선과실선의반류를수치계산을통하여비교함으로써그차이를알아보고, 향후모형시험에서얻어진반류를실선으로확장하는방법을찾기위한기초자료를제공하고자하였다.. 결언모형선과실선스케일의저항추정과반류분포등에대한차이를확인하기위해난류유동장에대한수치계산을수행하였다. 모형시험결과가공개되어있는 KRISO K LNG Carrier (KLNG), KRISO TEU container ship (KCS), KRISO K VLCC (KVLCC) 등세척을선정하여각각모형선과실선스케일에대해 Fluent package 를사용하여저항계수와반류분포를비교하였다. 우선모형선스케일에대하여수치계산을수행하여모형시험결과와직접비교함으로써그정도를확인하였다. RSM 을사용한수치계산이 RKE 에비해보다정확한수치해를제공하는것으로판단되었으며, 특히점성경계층의두께와갈고리모양의축방향등속선분포에서확연한차이를보였다. 다음으로실선스케일에서의수치계산을수행하여모형선에대한수치계산결과와비교하였다. 실선에서는빌지보오텍스의형성이훨씬약하며, 점성경계층의두께도얇아반류의영역이확실히작게나타났다. RKE를사용한수치계산에서는 RSM 을사용한경우에비해점성경계층의두께가지나치게얇아지는경향을보였으며, 빌지보오텍스에의한갈고리모양의등속선은거의나타나지않았다. 실선스케일에서의계측자료를구하는것이거의불가능한현재의상황에서 RSM 을사용한결과가 RKE 에비해우수하다고단정지을수는없다. 하지만모형선스케일에서의 RSM 을사용한수치계산결과가보다정확한점을상기해볼때, RSM Journal of SNAK, Vol., No., April
을사용한결과가실선스케일에서도보다정확할것으로생각된다. 모형선과실선스케일에서수치계산으로얻어진공칭반류의반경방향분포를비교해보았는데, 세척모두모형선과실선의공칭반류분포가곡률에서큰차이를보이고있다. 수조모형시험에서추력일치법을사용하여얻어진모형선과실선의유효반류의비로스케일링을하더라도그분포와형상이바뀌지않기때문에실제로모형선의결과를실선으로확장하는방법을본논문에서직접제시하기에는어려움이있었다. 후기본연구는교육과학기술부와한국산업기술재단의지역혁신인력양성사업과목포대학교중형조선혁신센터및조선기본설계연구단의지원으로수행되었음을밝힙니다. 참고문헌 Choi, J.K.,, Problem Analysis Using Wall Function for Numerical Analysis of High Reynolds Number Turbulent Flow, Master's Thesis, Chungnam National University. Kim, B.N., Kim, W.J., Kim, K.S. and Park, I.R.., The Comparison of Flow Simulation Results around a KLNG Ship," Journal of The Society of Naval Architects of Korea, Vol., No., pp. -. Kim, H.T. and Kim, H.T.., Research of Elements Giving Effects on the Numerical Analysis for the LNG Carrier," Journal of The Society of Naval Architects of Korea, Vol., No., pp. -. Kim, W.J., Van, S.H., Kim, D.H. and Lee, C.J.,, Experimental Study on Local Flow Characteristics and Propulsive Performance of Two KRISO K VLCCs with Different Stern Shapes, Journal of The Society of Naval Architects of Korea, Vol., No., pp. -. Patel, V.C.,, Flow at High Reynolds Number and over Rough Surfaces-Achilles Heel of CFD, Journal of Fluids Engineering, Vol., No., pp. -. Van, S.H, Kim, W.J. and Kim, D.H.,, Experimental Investigation of Local Flow around KRISO TEU Container Ship in Towing Tank, Journal of The Society of Naval Architects of Korea, Vol., No., pp. -. Van, S.H., Yoon, H.S., Lee, Y.Y., Park, I.R., Lee, C.J. and Kim, W.J.,, Measurement of Flow around KRISO K LNG Carrier," Journal of The Society of Naval Architects of Korea, Vol., No., pp. -. < 양해욱 > < 김병남 > < 유재훈 > < 김우전 > 대한조선학회논문집제 권제 호 년 월