사고 선박 손상부 형상이 기름 유출량에 미치는 영향 연구

박일룡 해양환경안전학회 2022 해양환경안전학회지 Vol.28 No.4

This paper shows the numerical prediction of the change in oil outflow rate according to the orifice shape of a damaged ship by using the computational fluid dynamics (CFD) analysis method. It also provides discharge coefficients for various orifice shapes to be used in theoretical prediction approaches. The oil outflow from the model ship was analyzed using a multiphase flow method under the condition that the Froude and Reynolds number similitudes were satisfied. The present numerical results were verified by comparing them with the available experimental data. Along with the aspect ratio of the orifice and the wall thickness of the cargo tank, the effects of the orifice shapes defined by mathematical figures on the oil outflow were investigated. To consider more realistic situations, the investigation of the effect of the crushed iron plate around the damaged part was also included. The numerical results confirmed the change in oil outflow time for various shapes of the damaged part of the oil tank, and discharge coefficients that quantify the viscous effects of those orifice shapes were extracted. To verify the predicted discharge coefficients, they were applied to an oil spill estimation equation. As a result, a good agreement between the CFD and theoretical results was obtained. 본 논문은 CFD 해석법을 이용하여 사고 선박의 손상부 형상에 따른 기름 유출량 변화를 예측하고, 이론 추정식에서 이를 고려할 수 있는 방출계수 도출 결과를 소개한다. Froude수와 Reynolds수 상사를 만족하는 조건에서 다상유동 해석법을 사용하여 모형선 크기의 기름 유출 문제를 다루었다. 수치해석 결과는 알려진 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 수학적 형상들로 정의한 손상부 형상의 변화와 함께 손상부 가로세로비와 기름탱크 두께의 변화가 기름 유출 유동에 미치는 영향을 조사하였다. 보다 현실적인 상황을 고려하기 위해 손상부의 찧어진 철판의 영향에 대한 해석도 포함하였다. 수치해석 결과를 통해 사고 선박의 손상부 형상에 따른 기름 유출량의 변화를 확인하였으며, 다양한 손상부 형상이 가지는 점성 영향을 방출계수로 정량화하여 추출하였다. 본 논문에서 제시하는 방출계수에 대한 검증을 위하여 알려진 기름 유출량 주정식에게 적용하였으며, CFD 해석과 좋은 일치를 얻었다.

하도내 조절수문 방류특성 해석

손광익(Son Kwang Ik) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 B Vol.31 No.4B

하류수위의 영향을 받는 하도 내 조절수문의 경우 조절수문의 기하학적 형상은 물론 상 · 하류 수위에 따라 방류특성이 변화하므로 효율적 수위조절 및 수자원 관리를 위해서는 정확한 개도별 방류능 산정이 요구된다. 최근 4대강 살리기 사업으로 인하여 보의 건설과 함께 조절수문이 많이 설치되고 있으나 국내에서는 조절수문 개도에 따른 방류형태 분류기준 및 방류능 산정에 대한 연구를 찾아보기 힘든 실정이다. 따라서 본 연구에서는 특정 조절수문에 대한 수리모형실험을 통하여 방류형태(자유위어, 수중위어, 자유오리피스, 수중오리피스)를 판단할 수 있는 주요 인자를 찾고 분류기준을 검토하여 조절수문 운영을 위한 기초자료를 제시하였다. 게이트 개도높이와 상류수심의 비(<SUB>g</SUB>/h₁), 하류수심과 게이트 개도높이의 비(h₃/h<SUB>g</SUB>)와 하류수심과 상류수심의 비(h₃/h₁)를 하도 내 조절수문의 개도 및 상 · 하류 수위에 따른 방류형태를 판단할 수 있는 주요 인자로 선정하고 방류형태 분류기준 값을 제안하였다. 또한 본 연구에서 유도된 각 방류형태별 유출계수 및 방류능 산정공식으로 예측된 유량과 모형에서의 실측유량을 비교하여 연구결과의 적용성을 검증하였다. Analysis of discharge characteristics through control gates at river crossing structures is important for an effective water level control and water resources management. In recent years, many river control structures in four major rivers are under construction but only few researches on discharge characteristics at control gates could be found in Korea. The discharge characteristics depend on both shape of control gates and the effects of downstream water-depth. In this research, classification index for discharge patterns (free weir, submerged weir, free orifice, submerged orifice) through a control gate were reviewed with h<SUB>g</SUB>/h₁, h₃/h<SUB>g</SUB>, and h₃/h₁. Classification criteria of discharge patterns were also suggested. Representative discharge estimation equations for each discharge patterns were adopted and discharge coefficients were developed from a hydraulic model for a specific control gate which will be constructed in Nakdong river. Reliability of the derived discharge equation and coefficients were confirmed by comparisons between the real discharge in a model and the predicted discharge from the results of this research.

LNG / LNG-FPSO 선박용 안전밸브의 유동특성 및 유출계수에 관한 연구

김성진(Sung Jin Kim),정성윤(Sung Yuen Jung),김당주(Dang Ju Kim),김철(Chul Kim) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.5

LNG / LNG-FPSO 선박에 사용되는 안전밸브는 배관 시스템으로부터 유체를 방출하여 시스템의 압력을 일정하게 유지시키는데 중요한 역할을 한다. 이러한 안전밸브의 기능적 특성으로 인해 유출계수는 밸브의 성능 중 가장 큰 비중을 차지하며, 선급의 인정을 받기 위해서는 0.8 이상의 유출계수가 요구되고 있다. 밸브성능을 향상시키기 위해서 밸브 내부에서 발생하는 유동특성에 대한 정확한 이해가 필요함에도 불구하고 대부분의 밸브 설계의 경우 현장 작업자들의 경험과 실험에 의한 시행착오에 의존하고 있다. 본 논문에서는 안전밸브에 대한 유동해석을 통해 밸브 내부에 발생하는 압축성 유동현상을 고찰하였고, 실험과 해석에 의한 유출계수를 비교하여 유동해석의 타당성을 검증하였으며, 안전밸브를 지나는 공기의 질량유량을 예측하기 위한 유동해석 모델을 확립하였다. The safety valve used in LNG/LNG-FPSO ships plays an important role in maintaining a fixed level of pressure by emitting LNG gas out of the pipes in the LNG piping system. The discharge coefficient is regarded as the most important factor in the valve performance. To satisfy the ship’s classification, the discharge coefficient of the safety valve must usually be over 0.8. Despite the importance of understanding the flow phenomena inside the safety valve, the valve design is usually based on experience and experiments. We carried out a computational fluid dynamics (CFD) investigation using the ANSYS-CFX software. We observed the flow phenomena inside the valve and measured the discharge coefficients according to changes in the valve lift, which is the distance between the exit of the nozzle and the lower part of the disc plate. We verified our CFD results for the discharge coefficients using available experimental data.

Segmental Wedge를 이용한 차압식 유량측정 방법

윤준용(J. Y. Yoon),성낙원(N. W. Sung) 한국유체기계학회 2005 유체기계 연구개발 발표회 논문집 Vol.- No.-

The discharge coefficient in segmental wedge having ninety degrees vertex angle for the five kinds of opening ratio with differential pressure taps located at both upstream and downstream of one diameter of pipe was measured .main purpose of this work is placed on developing the proper form of an equation for the discharge coefficient of a segmental wedge used as a primary element of flow metering devices, and from thata six-term equation which can express the variability of opening ratios was developed. The same assumption and hypotheses were used and tested for all procedures as conventional differential producers; however, the range of the opening ratio over this work is more expanded than previous studies. The opening ratios of segmental wedge, namely 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 and 0.7 were investigated the Reynolds number based on the spool inside diameter ranges from 12,000 to 380,000, the resulting equation for the discharge coefficient is relatively simple; it contains only one variable-opening ratio because the characteristic of discharge coefficient of segmental wedge has little connection with the Reynolds number as shown by previous studies.

타원 노즐과 원형 노즐의 내부 유동과 외부유동

김성열(Sung Ryoul Kim),구건우(Kun Woo Koo),이충원(Choong Won Lee),홍정구(Jung Goo Hong) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.11

타원 노즐의 유출계수와 캐비테이션 길이에 대한 내부 유동이 외부 유동에 미치는 영향에 대한 연구 결과로부터 다음과 같이 요약할 수 있다. 1) 원형이 타원보다 더 높은 유속에서 캐비테이션 발생이 시작되고, 타원은 aspect ratio가 클수록 더 낮은 유속에서 캐비테이션 발생이 시작된다. 이는 캐비테이션 발생이 노즐의 형상에 영향을 받기 때문이다. 2) 타원형의 캐비테이션은 말발굽형태로 발달되어 장축에서는 길게 나타나고 단축에서는 짧게 나타났다. 타원형의 캐비테이션이 원형보다 더 넓은 압력 구간에서 성장한다. 3) 타원 노즐의 분무각은 캐비테이션이 발생한 후에 점차 증가되며, 캐비테이션이 노즐 끝단에 닿는 곳(σ=1)에서 가장 큰 분무각을 나타낸다. The purpose of this study was to investigate the effect of the internal flow such as a cavitation in various nozzles. The cavitation in the nozzle is known to have influence on the liquid jet. Using acrylic was visualizing the internal flow in the orifice. Regardless of the nozzle geometry, discharge coefficient tended to decrease with increasing pressure. The cavitation in elliptical nozzles was generated at the lower flow velocity than the circular nozzle. Cavitation length at the major axis has longer than at the minor axis. The spray angle at the elliptical nozzle was wider than the circular nozzle. The spray angle was increased with injection pressure.

풀콘 제트-와류분무기에서의 유출계수

고광웅 ( Kwang Uoong Koh ),이수상 ( Soo Sang Lee ) 한국액체미립화학회 2006 한국액체미립화학회 학술강연회 논문집 Vol.2006 No.-

전산해석을 활용한 원전용 오리피스 플레이트 내의 고압유동 특성 연구

김재형(J.H. Kim),이정희(J.H. Lee) 한국전산유체공학회 2017 한국전산유체공학회지 Vol.22 No.2

The flow measuring system with orifice plate used in nuclear power plant must be qualified but the limitation of the test facility leads to use the numerical analysis instead of the calibration experiment of orifice plate with high pressure flow. The discharge coefficient is calculated with the pressure drop and mass flow rate obtained from numerical analysis. And the discharge coefficient is compared to the calculation result of ISO 5167. Consequently, it is found that the numerical analysis is possibly used to justify the relation of differential pressure to the flow rate, which was obtained from calibration experiment. From the justification of orifice plate, the discharge coefficient from numerical analysis can be used in the differential pressure transducer of orifice plate and flow computer with which the flow value is modified in considering the difference of real condition to base pressure and temperature where the relation of flow and differential pressure was calibrated.

디퓨져 확대각이 임계노즐의 유출계수에 미치는 영향

김재형(Kim Jae-Hyung),김희동(Kim Heuy-Dong),Tochiaki Setoguchi 대한기계학회 2007 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2007 No.10

Recently, it is required to accurately measure the very small mass flow rate in industry fields such as MEMS applications. Especially, the critical nozzle is being used as a precise measurement and control device of gas flow. In present study, a computational fluid dynamics method has been applied to investigate the influence of diffuser angle on discharge coefficient in critical nozzle. In computations, the diffuser angle of a critical nozzle, which a throat diameter from 0.2 ㎜ to 5.0 ㎜ is varied from 2 degree to 8degree. The computational results are validated with some experimental data available. The results show that the present computational results predict reasonably the discharge coefficient and when the nozzle throat diameter becomes small below a certain value, the discharge coefficient is influenced by the diffuser angle.

실제기체 효과를 가지는 임계노즐의 유출계수와 임계압력비에 관한 연구

김재형(Kim Jae-Hyung),김희동(Kim Heuy-Dong),Akihiro Sasoh 대한기계학회 2007 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2007 No.10

Critical nozzle is being employed to measure the mass flow rate of various gases. However, it is known that the discharge coefficient of critical nozzle exceeds unity in a specific range of Reynolds number corresponding to high-pressure conditions. A computational study is carried out to simulate the critical nozzle flow with real gas effects. Redlich-Kwong equation of state is incorporated into the axisymmetric, compressible Navier-Stokes equations to take account for the forces and volume of molecules of hydrogen gas. The computational results show that the critical pressure ratio and discharge coefficient for ideal gas assumptions are significantly different form that of the real gas, when Reynolds number is larger than a certain value.

노즐 오리피스 형상에 따른 Discharge Coefficient와 Cavitation에 관한 실험적 연구

김성열(Sung Ryoul Kim),구건우(Kun Woo Ku),홍정구(Jung Goo Hong),이충원(Choong Won Lee) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集B Vol.34 No.10

본 연구는 타원형 노즐과 원형 노즐 내부에서 발생되는 cavitation의 발생 및 성장을 실험적으로 관찰하였다. 원형 노즐과 타원형 노즐의 cavitation 특성을 가시화 하기위해 투명한 아크릴로 노즐을 제작하였다. 실험에 사용된 노즐들은 같은 단면적으로 제작되었으며, 타원형 노즐의 경우 형상비(a/b)를 다르게 하였다. 분사압력의 증가에 따라 노즐내부 유동은 no cavitation, cavitation, hydraulic flip 영역으로 나뉘어졌다. 노즐의 형상에 상관없이 no cavitation과 cavitation 영역에서는 분사압력의 증가에 따라 유량은 증가하며, 유출계수는 감소하는 경향을 나타냈다. 그러나 hydraulic flip 영역에서의 유량계수는 일정한 값을 나타냈다. 타원형 노즐은 원형 노즐에 비해 높은 cavitation number에서 cavitation이 성장, 발달하였다. 특히 타원형 노즐에서는 장축의 cavitation length가 단축보다 길게 나타났다. The purpose of this study is to investigate the generation and development of cavitation in circular and elliptical nozzles. In order to investigate the influence of cavitation, the experiment was conducted with a set of elliptical nozzles that had the same cross-sectional area, different orifice aspect ratios (a/b). Each nozzle was made of acrylic so that visualization was possible. With the injection pressure, the internal flow of the nozzle was classified into the no-cavitation, cavitation, and hydraulic-flip regions. Regardless of the nozzle geometry, with the injection pressure, the flow rate in the no-cavitation and cavitation regions increased and the discharge coefficient decreased. However, the flow rate was constant in the hydraulic-flip region. In the elliptical nozzles, the generation and development of cavitation occurred at higher cavitation number than that in the case of a circular nozzle.