고 프루드수 선박의 자세 및 저항추정에 관한 수치해석적 연구 = Numerical Study on Trim and Resistance Performance of a high Froude number Ship

국문 초록 (Abstract)

20세기 CFD의 출범 이후 지속적인 컴퓨터기술의 발달로 현재 다양한 분야에서 CFD를 활발하게 사용하고 있다. 조선분야의 경우, 새로운 선박을 설계할 때 모형시험 대신 많은 시간과 비용이 절약되고, 유동현상의 세밀한 관찰 및 분석이 가능한 CFD를 활용하고 있으며, 최근에는 수치해석 기법의 발달로 인해 그 신뢰성이 확보되어 있다. 하지만 이는 저 프루드수, 고 레이놀즈수를 갖는 대형 상선에 해당하며 최근에는 고 프루드수 선박에 대한 연구가 시작되고 있으나 아직까지는 신뢰성 있는 결과는 부족한 실정이다. 또한 고 프루드수 선박의 경우 활주 상태에 따라 저항성능이 크게 변하므로, 항주 자세 예측이 매우 중요하다. 활주 상태의 선박은 자세에 따라 선저 바닥면에서 나타나는 압력변화에 따른 동적 부양력 변화가 크기 때문에 자세 추정이 매우 어렵다.
따라서 본 연구에서는 저항계산과 동시에 자세 추정이 가능한 STAR-CCM+의 DFBI(Dynamic fluid body interaction) 기능을 사용하여 고 프루드수 선박에 대한 저항성능 평가 및 자세추정에 사용할 수 있는 유용한 수치해석 기법을 찾고, 모형시험 결과 및 시운전 결과와 비교하여 실제 선박설계에 반영할 수 있는지 그 타당성을 검토하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Since the launch of the 20th Centry CFD, CFD has been actively used in various fields due to continuous computer development. In the case of shipbuilding, CFD is used to design a new vessel, which saves much time and cost in comparison to model test and allows detailed observation and analysis of fluid flow. Recently, the reliability of numerical analysis has been secured. However, this is equivalent to a large merchant ship with a low-Froude number and high-Reynolds number. Recently, research on high-Froude number vessel has begun, but reliable results are still lacking. In addition, the resistance performance of a high-Froude number vessel depend on running posture, so the prediction of the running posture is very important. It is very difficult to estimate the posture due to large change of dynamic lifting force according to the pressure change on the bottom of the ship depending on the posture.
Therefore, in the this study, we used to dynamic fluid body interaction(DFBI) function of STAR-CCM+, which is able to estimate posture simultaneously with resistance calculation, and find useful numerical analysis techniques that can be used for resistance evaluation and posture estimation for high Froude-number vessel and considered whether it can be reflected in the design of the actual vessel.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구 내용 4
• 3. 고속선의 정의 5
• 제2장 수치해석 기법의 타당성 조사 7
• 제1절 수치해석 방법 7
• 1. 지배방정식 7
• 2. 좌표계 및 경계조건 10
• 3. 격자계 및 수치해석 조건 11
• 제2절 격자독립성 조사 12
• 1. 대상선형의 제원 12
• 2. 자유수면 격자수에 따른 격자독립성 조사 13
• 3. Prism Layer 수에 따른 격자독립성 조사 14
• 4. Layer growth rate에 따른 격자독립성 조사 15
• 제3절 수치해석방법의 타당성 조사 17
• 1. 1,100TEU 컨테이너선의 트림최적화 17
• 2. KCS에 대한 성능추정 29
• 제3장 고 프루드수 선박에 대한 수치해석 38
• 제1절 개요 38
• 1. Savitsky’s Formular 38
• 제2절 고 프루드수 선박에 대한 수치해석 방법 41
• 1. 대상선형의 제원 41
• 2. 격자계에 따른 수치해석 방법의 타당성 조사 42
• 제3절 G/T 150ton 어업지도선의 자세 및 저항성능 평가 44
• 1. 무게중심 변화에 따른 성능해석 44
• 2. 속도별 저항성능 평가 47
• 제4절 ECO28 고속 활주선의 자세 및 저항성능 평가 54
• 1. 대상선형의 제원 54
• 2. 수치해석결과 55
• 제4장 결 론 58
• 참고문헌 60
• 국문초록 63