압축성과 비압축성 유동해석에 따른 수중 추진기 날개 끝 와류공동과 공동소음에 대한 수치비교 연구 (Numerical comparative investigation on blade tip vortex cavitation and cavitation noise of underwater propeller with compressible and incompressible flow solvers)

서지정보

· 발행기관 : 한국음향학회
· 수록지 정보 : 한국음향학회지 / 40권 / 4호 / 261 ~ 269페이지
· 저자명 : 하준범, 구가람, 조정훈, 정철웅, 설한신

초록

공동 유동과 이로 인한 소음에 관한 대부분의 기존 연구들은 효율성이라는 장점 때문에 비압축성 가정의검증 없이 비압축성 Reynolds averaged Navier-Stokes 방정식에 기반한 수치 해석 방법을 사용하고 있다. 하지만 지금까지 비압축성 가정이 공동 유동과 소음의 예측에 미치는 영향에 대한 연구가 전무한 실정이다. 본 연구에서는 날개끝 와류공동 유동과 소음에 대한 유체의 압축성 영향을 고찰하기 위하여 날개 끝 와류 공동을 대상으로 비압축성 기반의 해석과 압축성 기반의 해석을 모두 수행하고, Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H) 음향상사법을 적용하여 공동 소음을 예측하고 비교하였다. 상류 방향의 유동 영향을 고려하기 위하여, 스큐각이 17°인 수중 추진기를 장착한DARPA Suboff 잠수함 몸체를 고려하였다. 해석 영역은 실험결과와의 비교를 위하여 선박해양플랜트연구소에서 보유하고 있는 대형 캐비테이션 터널의 시험부와 동일하게 설정하였다. 날개 끝 와류 공동을 정확하게 예측하기 위하여고정확도의 비정상 상태 지연박리와류모사 해석방법을 적응형 격자 기법과 연계하여 사용하였다. 압축성 유동 해석기법을 이용하여 예측한 음향 스펙트럼이 실험결과와 더 일치하는 결과를 확인하였다.

영어초록

Without any validation of the incompressible assumption, most of previous studies on cavitation flow and its noise have utilized numerical methods based on the incompressible Reynolds Average Navier-Stokes (RANS) equations because of advantage of its efficiency. In this study, to investigate the effects of the flow compressibility on the Tip Vortex Cavitation (TVC) flow and noise, both the incompressible and compressible simulations are performed to simulate the TVC flow, and the Ffowcs Williams and Hawkings (FW-H) integral equation is utilized to predict the TVC noise. The DARPA Suboff submarine body with an underwater propeller of a skew angle of 17 degree is targeted to account for the effects of upstream disturbance. The computation domain is set to be same as the test-section of the large cavitation tunnel in Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering to compare the prediction results with the measured ones. To predict the TVC accurately, the Delayed Detached Eddy Simulation (DDES) technique is used in combination with the adaptive grid techniques. The acoustic spectrum obtained using the compressible flow solver shows closer agreement with the measured one.

참고자료

· 없음