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소형 고속선박의 항주자세 제어에 따른 저항성능 개선 및 축척 효과에 관한 연구
이종현,박동우,Lee, Jonghyeon,Park, Dong-Woo 해양환경안전학회 2021 海洋環境安全學會誌 Vol.27 No.4
본 연구에서는 Froude 수 1.0으로 운항하는 길이 약 10m 급 소형 고속선박의 에너지 효율 설계를 위해 선미부에 트림 탭을 부착하였고, 선저 면과의 각도에 따른 항주자세와 저항성능의 변화를 살펴보았다. 성능 해석은 CFD 해석을 통해 수행되었으며, 축척에 의한 영향을 보기 위해 모형선과 실선에 대해 각각 해석을 수행 후 두 결과로부터 예측된 실선의 성능을 비교하였다. 나선에 대한 해석 결과는 두 결과가 전반적으로 유사하였고, 트림 탭이 부착된 경우 선저 면과의 각도가 동일할 때 자세 변화량이 달라 전 저항의 차이로 이어졌지만 자세에 따른 저항 변화 경향은 유사하였다. 이로부터 축척 효과가 있더라도 저항 저감 경향으로부터 최적 항주자세를 찾을 수 있으나, 트림 탭에 의한 자세 변화와 실선 주위 유동의 특성을 알기 위해서는 실선에 대한 직접적인 해석이 필요함을 알 수 있다. In this study, a trim tab on the stern hull of a small high-speed vessel of approximately 10 m length sailing at a Froude number of 1.0 was designed for energy efficiency. The running attitude and resistance performance of the bare hull and trim tab hull at several angles to the base line were analyzed for model and full scale ships using computational fluid dynamics, and compared to investigate the scale effect. The analysis results for the bare hull were quite similar, but a difference in the attitude control under same conditions of the trim tab was observed, resulting in the total resistance error. However, there was no significant difference in tendency of the variation in the resistance with the attitude. Thus, the optimum running attitude could be determined from the tendency despite the scale effect, but a full scale analysis is required to analyze the control of the attitude by the trim tab and flow characteristics near the full scale ship.
실선 스케일 CFD 해석 기반 트림 탭이 부착된 고속선의 유체동역학적 성능 분석
이종현,박동우,Lee, Jonghyeon,Park, Dong-Woo 해양환경안전학회 2021 海洋環境安全學會誌 Vol.27 No.5
In this study, trim tabs were attached to end of stern hull of a small high-speed vessel of length approximately 10 m and Froude number 1.0 to improve resistance performance and passenger comfort. Before computational fluid dynamics (CFD) simulations to assess the performance according to various geometries of the trim tab, the scale effect had been found through a previous study, so full-scale simulations were performed. The trim tab chord length was set to 0.5 %, 1.0 % and 1.5 % of L<sub>PP</sub>, and its angle to base line was varied in intervals of 5°. It decreased trim by stern and flotation: the greater the angle and length, the greater was the effect. Then it had pressure resistance decreased and shear resistance increased, and reduction ratio of total resistance varied accordingly. The results of this study indicated that the resistance performance was improved about 27 % at optimal running attitude that was the trim by stern about 1.5°. 본 연구에서는 Froude 수 1.0, 길이 약 10 m 급 소형 고속선의 저항성능과 승선감을 향상시키기 위해 선미 끝단에 트림 탭을 부착하여 항주자세를 제어하였고, 트림 탭의 제원에 따른 성능을 확인하기 위해 CFD 해석을 수행하였다. 먼저 선행 연구로부터 수치해석이 수행되는 스케일에 따라 결과에 차이가 있는 것이 확인되었고, 이를 피하고자 실선 스케일에서의 해석을 수행하였다. 부착된 트림 탭의 코드 길이는 L<sub>PP</sub>의 0.5, 1.0, 1.5 %였으며, 선저 면과의 각도는 5° 간격으로 변화를 주었다. 트림 탭은 선박의 선미트림과 부상량을 감소시키는 효과가 있었으며, 이 효과는 트림 탭의 선저 면과의 각도가 클수록, 코드 길이가 길수록 증가하였다. 이로 인해 압력저항은 감소하고 전단저항은 증가하였으며, 두 성분의 변화량에 따라 전 저항 저감율이 결정되었다. 결과로부터 대상 선박의 최적 항주자세는 약 1.5°의 선미트림으로 특정되었고, 이때 저항성능은 약 27 % 개선되었다.
온도와 이온농도의 변화에 대한 바나듐 레독스 플로우 배터리의 방전 효율에 관한 수치해석
이종현(Jonghyeon Lee),박희성(Heesung Park) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集B Vol.40 No.12
본 연구는 화학종을 포함한 반응을 위해 종합적인 보존법칙과 운동학적 모델을 사용하여 수치해석을 진행하였다. 삼차원 형상으로 전극 전위, 바나듐 이온농도, 과전압 그리고 저항손실을 계산하였다. 셀의 온도, 초기 바나듐 이온농도를 변수로 설정하고 각 변수에 따른 전압과 손실을 계산하였다. 계산된 양극, 음극에서의 과전압과 전해액 상의 저항 손실을 통해 각각의 변수가 바나듐 레독스 플로우 배터리의 전기화학적 성능에 미치는 영향을 수치해석적으로 예측하고 분석하였다. 셀의 온도가 20 ℃에서 80 ℃로 증가되면 전압효율은 89.34%에서 87.29%로 2.05% 감소한다. 바나듐 농도가 1500㏖/㎥에서 3000㏖/㎥으로 증가되면 전압효율은 88.65%에서 89.25%로 0.6% 상승하였다. In this study, a numerical simulation of a vanadium redox flow battery was investigated for reactions involving an electrochemical species using comprehensive conservation laws and a kinetic model. For a 3-D geometry of the cell, the distributions of electric potential, vanadium concentration, overpotential, and ohmic loss were calculated. The cell temperature and initial vanadium ion concentration were set as variables. The voltage and electrochemical loss were calculated for each variable. The effects of each variable"s impact on the electrochemical performance of a vanadium redox flow battery was numerically analyzed using the calculated overpotential in the electrode and the ohmic loss in the electrolyte phase. The cell temperature increased from 20℃ to 80 ℃ when the voltage efficiency decreased from 89.34% to 87.29%. The voltage efficiency increased from 88.65% to 89.25% when the vanadium concentration was changed from 1500 ㏖/㎥ to 3000 ㏖/㎥.