격자볼츠만기법을 이용한 선박 파이프내 유동소음해석

서지정보

· 발행기관 : 해양환경안전학회
· 수록지 정보 : 해양환경안전학회지 / 29권 / 5호
· 저자명 : 조범진, 홍석윤, 송지훈

목차

1. 서 론
2. 이론적 배경
2.1 수중 유동소음해석용 격자볼츠만기법
2.2 파이프 유입면와 출구면 유동/음향 복합경계조건
2.3 파이프 벽면 경계조건
3. 파이프내 유동소음해석
3.1 격자볼츠만기법 해석 설정
3.2 파이프내 유동 격자볼츠만기법 해석 결과
3.3 파이프내 유동소음 격자볼츠만기법 해석 결과
4. 결 론
후 기

초록

소음공해는 인간과 해양환경에 악영향을 끼치며, 선박과 해양구조물에서 발생하는 유동소음을 예측을 통해 소음에 대한 안전 성을 평가하고 해양환경을 보존할 수 있다. 기존 수중구조 유동소음 해석기법은 전산유체역학과 FW-H음향상사식을 이용한 하이브리드법 기반이다. FW-H는 무한공간에서의 음향전파를 가정하여 소음해석을 수행하기 때문에 음파의 반사와 산란, 회절의 영향이 나타나는 근접 장 해석이 제한적이다. 반면 격자볼츠만기법 기반의 직접법 유동소음해석을 수행하면 근접장 음향효과를 소음해석에 반영할 수 있다. 직 접법 해석은 유동과 소음이 연성된 해석이 수행되고 구조경계에서의 반사와 회절, 유동에 의한 매질 불균일성에 따른 산란효과가 반영된 다. 그간 격자볼츠만기법이 수중조건에서 수치적으로 불안정하여 수중환경에 적용이 불가능했다. 하지만 수중환경에서 사용할 수 있는 DM-TS 격자볼츠만기법 충돌연산자가 개발되어 수중으로 확장이 가능해졌다. 본 연구에서는 파이프내 원형구멍에 대하여 격자볼츠만기 법 해석을 수행해 수중 유동소음해석이 가능함을 보였다. 격자볼츠만기법 해석을 통해 도출한 유동과 소음을 각각 실험과 비교하여 해석 의 신뢰도를 확보하였다. 파이프내 유동소음에 의한 주요 압력 피크가 해석에 반영되었으며 이를 통해 격자볼츠만기법을 이용한 근접장 유동소음해석이 가능함을 확인했다.

영어초록

Noise pollution poses significant challenges to human well-being and marine ecosystems. It is primarily caused by the flow around ships and marine installations, emphasizing the need for accurate noise evaluation of flow noise to ensure environmental safety. Existing flow noise analysis methods for underwater environments typically use a hybrid method combining computational fluid dynamics and Ffowcs Williams–Hawkings acoustic analogy. However, this approach has limitations, neglecting near-field effects such as reflection, scattering, and diffraction of sound waves. In this study, an alternative using direct method flow noise analysis via the lattice Boltzmann method (LBM) is incorporated. The LBM provides a more accurate representation of the underwater structural boundaries and acoustic wave effects. Despite challenges in underwater environments due to numerical instabilities, a novel DM-TS LBM collision operator has been developed for stable implementations for hydroacoustic applications. This expands the LBM's applicability to underwater structures. Validation through flow noise analysis in pipe orifice demonstrates the feasibility of near-field analysis, with experimental comparisons confirming the method's reliability in identifying main pressure peaks from flow noise. This supports the viability of near-field flow noise analysis using the LBM.

참고자료

· 없음