로터세일의 배열 형태가 양력 형성에 미치는 영향에 관한 수치해석적 연구

서지정보

ㆍ발행기관 : 해양환경안전학회 ㆍ수록지정보 : 해양환경안전학회지 / 29권 / 2호
ㆍ저자명 : 김정은, 조대환, 이창용

목차

요 약
Abstract
1. 서 론
2. 선행 연구
3. 수치해석
3.1 수치해석 모델
3.2 경계조건
3.3 격자조건
3.4 격자의 독립성 검증
3.5 로터 배열에 따른 수치해석 조건
4. 결과 및 고찰
4.1 종방향 간격(Horizontal Distance)에 따른 유동특성
4.2 횡방향 간격(Longitudinal Distance)에 따른 유동특성
4.3 배열 형태에 따른 유동특성
5. 결 론
References

한국어 초록

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 주목 받고 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 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( )= 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 간격 으로 총 5가지 조건을, 종방향 거리는 +y 축 방향으로 5D ~ 25D까지 5D 간격으로 총 5가지 조건을 설정하였으며, 사각 형태(□)와 마름모 형태(◇) 배열에 따른 양력계수( ), 항력계수( )와 공기역학적 효율( / )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.

영어 초록

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 propulsion system, is attracting attention again. RS is a cylindrical device installed on the ship deck, that generates hydrodynamic lift using a magnus effect. This is a next generation eco-friendly auxiliary propulsion technology, and Enercon company, which developed RS-applied ships, announced that fuel savings of more than 30% are possible. In this study, optimal installation conditions such as RS spacing and arrangement type were selected when multiple RSs were installed on ships. AR=5.1, SR=1.0, and   was fixed at 2.0 according to the RS arrangement, and the wind direction was considered only for the unidirectional +y-axis. Regarding arrangement conditions, five conditions were set at 3D intervals in the +x-axis direction from 3D to 15D and five conditions in the +y-axis direction from 5D to 25D.  ,  and aerodynamic efficiency ( / ) were compared according to the square(□) and diamond(◇) shape arrangements. Consequently, the effect of RS on the longitudinal distance was not significantly different. However, in the case of RS flow characteristics according to the transverse distance, the interaction effect of RS was the greatest when the two RSs almost matched the wind direction. In the case of the RS flow characteristics according to the arrangement, notably, when the wind blew in the forward (0°) direction, the diamond (◇) arrangement was least affected by the backward flow between RSs.

참고 자료

없음