Utilized CFD for the Low-Speed Drift Test of a Surface Vessel = 표면 선박의 저속 드리프트 시험을 위한 CFD 활용 연구

국문 초록 (Abstract)

저속 운항 조건은 해양 작업선의 운용 과정에서 빈번하게 발생한다. 부유식 해양 구조물의 설치 및 유지·보수를 지원하기 위하여 해양지원선(Offshore Support Vessel, OSV)은 동적 위치 제어(Dynamic Positioning, DP) 시스템을 탑재하도록 설계 및 건조된다. 대표적인 DP 선박인 플랫폼 공급선(Platform Supply Vessel, PSV)은 전체 운용 시간의 약 절반을 해양 구조물 주변에서 저속으로 이동하거나 정확한 위치를 유지하는 데 사용한다. 이러한 운용은 주로 파랑, 풍하중 및 조류와 같은 환경 외력 하중을 기반으로 설계된 DP 시스템에 의해 수행된다. DP 성능 해석을 지원하기 위해 사항시험 및 선회시험과 같은 저속 조종시험이 수행될 수 있다. 실제로 저속 사항시험과 조류 하중 계산은 동일한 조건과 동일한 목표 측정값을 공유한다. 본 연구에서는 저속 조건에서 사항운동에 의해 유도되는 유체력을 계산하기 위해 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 기반 절차를 제안한다. 본 연구는 CFD 해석 결과에 영향을 미칠 수 있는 인자들을 분석하는 것을 목적으로 한다. 이후 정확도와 계산 비용 간의 상충 관계를 고려하여 CFD 해석 방법을 제시한다. 최종 CFD 해석 결과는 창원대학교 예인수조에서 수행된 실험 결과를 통해 검증되었으며, DNV 경험식과 비교되었다. 해석 대상 선형으로는 대형 수상선박을 대표하는 PSV 모형이 사용되었다. 본 연구 결과는 다른 DP 선박이나 심해에서 저속으로 운항하는 유사한 선박에도 유용하다.

목차 (Table of Contents)

• Table of Contents i
• List of Tables iii
• List of Figures iv
• Nomenclature vii
• I. Introduction 1
• 1. Motivation 1
• 2. Literature review 4
• 3. Purpose of this study 9
• II. Low-speed drift test condition 16
• 1. Coordinate system 16
• 2. Geometry of target surface vessel 17
• 3. Specification of low-speed drift test 18
• III. Empirical formula and experiment 21
• 1. DNV empirical formula 21
• 2. Low – speed drift test in towing tank 21
• IV. CFD-based approach 30
• 1. Physical modelling algorithm 30
• 2. Spatial and temporal discretization 34
• 3. Utilization of the CFD method 38
• V. Result and discussion 43
• 1. Blockage effect 43
• 2. Boundary layer 46
• 3. Transient effect 53
• 4. Free surface effect 55
• 5. Validation of hydrodynamic force 61
• VI. Conclusion 63
• Reference 64
• Appendix: Verification of CFD solution 68
• 국문 초록 76