선박 공기 역학을 개선하여 보다 경제적인 운송을 위한 평판 활 덮개

[아름이]

선박 공기 역학을 개선하여 보다 경제적인 운송을 위한 평판 활 덮개
전산유체역학 시뮬레이션은 평판 선수 커버가 선박 선체의 바람 항력을 최대 42%까지 감소시킬 수 있음을 보여줍니다.
날짜:
2023년 3월 8일
원천:
시바우라 공업 대학
요약:
선박은 효율적이고 효과적이기 때문에 세계 무역의 주요 운송 수단입니다. 선박의 공기 역학적 성능을 개선하면 연료 소비를 줄이고 속도를 향상시켜 운송 경제성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 최근에 연구원들은 선박의 평판 활 덮개가 선박의 전체 풍항력을 거의 40%까지 줄여 엄청난 연료 절감으로 이어질 수 있음을 입증했습니다.

전체 이야기
선박은 효율적이고 효과적이기 때문에 세계 무역의 주요 운송 수단입니다. 선박의 공기 역학적 성능을 개선하면 연료 소비를 줄이고 속도를 향상시켜 운송 경제성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 최근 일본과 베트남의 연구원들은 선박의 평평한 선수 커버가 선박의 전체 풍항력을 거의 40%까지 줄여 엄청난 연료 절감으로 이어질 수 있음을 입증했습니다.

해상 운송은 국제 무역의 80% 이상을 차지합니다. 여객선, 컨테이너선, 유조선, Roll-on-Roll-off Car Ferry와 같은 상부 구조물에 의해 촉진되어 효율적이고 효과적입니다. 그럼에도 불구하고 운송을 보다 경제적으로 만들어야 하는 절박한 필요성이 있습니다. 이와 관련하여 과학자들은 항해할 때 물 위의 선체(배의 가시적 몸체)에 바람으로 인한 상당한 항력에 직면하는 선박의 공기역학적 성능을 개선하기 위해 수많은 연구를 수행했습니다.

최근 Shibaura Institute of Technology의 시스템 공학 및 과학 대학 조교수인 Ngoc-Tam Bui 박사와 미국의 Ngo Van He 박사와 Ngo Van Hien 박사로 구성된 국제 협력 연구 그룹이 하노이 과학 기술 대학교 -- 선박에 작용하는 총 풍항력을 줄이는 다양한 선수(선체 전면) 커버를 시뮬레이션하고 비교했습니다. 그들의 작업은 2023년 1월 31일에 온라인으로 제공되었으며 2023년 2월 15일에 Ocean Engineering 저널 270권에 게재되었습니다.

Bui 교수는 연구 방법론을 간략하게 설명합니다. "이 작업은 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 수행하기 위해 상용 소프트웨어인 ANSYS-Fluent를 활용했습니다. 여기에서 작은 여객선(선수 덮개가 있는 것과 없는 것)과 그 주변을 메시를 사용하여 수백만 개의 요소로 분할했습니다. 그리고 난류 점성 모델을 이용하여 각 요소에 대한 시간 평균 유체 흐름 운동을 나타내는 '레이놀즈 평균 Navier-Stokes 방정식'을 풀었고, 이들을 결합한 결과 선박의 수면에 작용하는 풍항력을 산출했습니다. 선체."

연구자들은 최적의 수로 2,362만 개의 요소로 더 미세한 메쉬가 더 정확한 결과를 제공한다는 것을 발견했습니다. 또한, 'DES(detached-eddy-simulation) k-ε'라는 모델은 이 작업에서 테스트한 5개의 난류 점성 모델 중에서 가장 낮은 풍항력을 산출했습니다. 연구원들은 최적의 메쉬와 DES k-ε 모델을 사용하여 길이와 높이가 다른 7개의 평판 모양의 활 덮개와 기존의 유선형 덮개에 대해 CFD 시뮬레이션을 수행했습니다. "선수 주변의 동적 압력 영역과 바람 항력은 평판 덮개의 높이가 증가함에 따라 급격히 감소했습니다. 선박은 0.37m 높이의 선수 덮개보다 2.4m 높이의 선수 덮개로 총 항력이 38.71% 더 낮았습니다. 이 값은 유선형 덮개가 있는 선박의 경우 42.41% 감소와 유사합니다."라고 Bui 교수는 강조합니다.

이 작업에서 연구원들은 또한 선박의 공기역학적 성능에 대한 풍향의 영향을 강조합니다. 바람이 배의 방향에 대해 20o 의 각도로 불 때 항력은 선수 덮개에 관계없이 가장 높습니다 . 또한, 90o 에 대해서는 거의 0이다 . 더 큰 각도에서는 바람의 항력이 방향을 바꾸어 선박의 움직임을 돕습니다.

현재 연구의 미래 가능성에 대해 Bui 교수는 "제안된 평판 활 덮개는 제조가 간단하고 유선형 덮개와 마찬가지로 선박에 작용하는 풍항력을 거의 줄입니다. 따라서 공기 역학적 성능을 향상시킬 것입니다. 소형 여객선의 연료유 절약과 해상 운송의 경제적 효율성을 향상시킵니다."

이 작업의 결과는 선박 설계자와 엔지니어가 연료 소비를 최적화하여 보다 경제적인 운송으로 이어지는 데 유용할 수 있습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/