Suezmax급 선박에 대한 Eco Duct 최적 설계 및 성능 해석에 대한 연구 = A Study on the Optimal Design and Performance Analysis of an Eco Duct for a Suezmax-class Ship

국문 초록 (Abstract)

전 세계적으로 지구 온난화에 따른 기후 위기로 인해 온실가스 저감과 해양 환경 보호에 대한 국제적 규제가 강화되고 있으며, 선박 분야에서는 에너지 효율 향상을 위한 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)에서는 선박에서 배출되는 이산화탄소, 황산화물, 질소산화물과 같은 온실가스 배출량을 줄이기 위해 2013년부터 신조되는 선박에 대해 에너지 효율 설계지수(EEDI, Energy Efficiency Design Index)를 적용하여 온실가스 배출에 대한 규제를 하고 있으며, 이에 대응하기 위해 프로펠러와 함께 추진 효율을 향상시켜 연료 소모율을 감소시킬 수 있는 에너지절감장치(ESD, Energy Saving Device)에 관한 연구가 확대되고 있다. 본 연구에서는 저속비대형 유조선인 Suezmax급 선박을 대상으로, 추진 효율을 증가시켜 에너지를 절감하고, 운용비 감축을 목표로 하는 Eco Duct의 최적 설계를 수행하였다. 이를 위해 대상선의 모형 시험 데이터를 활용하고, 반류 유동 분석을 통해 유입 유동의 특성을 파악하였다. 특히 날개의 배치각 및 받음각의 경우 먼저 포텐셜 프로그램을 이용하여 초기 설계를 진행하고 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics) 해석을 통해 유선 분포에 미치는 영향을 분석하여 덕트를 포함한 최종적인 상세 설계 및 성능 해석을 수행하였으며, KRISO에서 수행된 모형시험 결과와 비교하여 성능을 검증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Amid the global climate crisis driven by global warming, international regulations for greenhouse gas reduction and marine environment protection are being strengthened. In the shipping sector, technology development to improve energy efficiency is being actively pursued. To reduce greenhouse gas emissions such as carbon dioxide, sulfur oxides, and nitrogen oxides from ships, the International Maritime Organization (IMO, International Maritime Organization) has been regulating emissions for newly built ships since 2013 through the Energy Efficiency Design Index (EEDI, Energy Efficiency Design Index). In response, research on Energy Saving Devices (ESD, Energy Saving Device), which can improve propulsive efficiency in conjunction with the propeller to reduce fuel consumption, has expanded.
In this study, the optimal design of an Eco Duct was performed for a Suezmax-class ship, a type of low-speed, full-form tanker, with the objective of increasing propulsive efficiency to save energy and reduce operational costs. To achieve this, model test data from the target vessel was utilized, and the characteristics of the inflow were identified through wake flow analysis. In particular, an initial design for the placement angle and angle of attack of the foil was conducted using a potential flow program. Following this, a detailed final design, including the duct, and a performance analysis were carried out by analyzing the effects on the streamline distribution through Computational Fluid Dynamics (CFD, Computational Fluid Dynamics). The performance was then verified by comparing the results with model test outcomes conducted at KRISO.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 6
• 1.1. 연구 배경 및 목적 6
• 2. 연구내용 9
• 2.1. 대상 선박 및 프로펠러 9
• 2.2. 대상 선박 및 프로펠러 검증 11
• 2.2.1 프로펠러 단독 성능 해석 11
• 2.2.2 프로펠러 단독 성능 해석 조건 12
• 2.2.3 프로펠러 단독 성능 해석 결과 14
• 2.2.4 대상 선박 검증 및 반류 분석 15
• 2.2.4.1 저항 및 자항 해석 조건 15
• 2.2.4.2 대상 선박 검증 (저항) 16
• 2.2.4.3 대상 선박 검증 (자항) 17
• 2.2.4.4 대상 선박 반류 분석 18
• 2.3. Eco Duct 설계 19
• 2.4. Eco Duct 설계 과정 20
• 2.4.1 포텐셜 기반 프로그램 20
• 2.4.2 덕트 단면 경사각 21
• 2.4.3 날개 및 덕트 설계 변수 연구 사례 21
• 2.4.4 Eco Duct CFD 해석 결과 22
• 2.4.4.1 Eco Duct Case 1 22
• 2.4.4.2 Eco Duct Case 2 24
• 2.4.4.3 Eco Duct Case 3 26
• 2.4.4.4 Eco Duct Case 4 28
• 2.4.4.5 덕트 끝단 개방 및 단면 경사각 변화 10~ 2 29
• 2.4.4.6 덕트 끝단 결합 및 개방 효율 차이 32
• 2.4.4.7 최종 Eco Duct CFD 해석 결과 비교 33
• 2.5. 1차 모형시험 36
• 2.5.1 1차 모형시험 결과 36
• 3. 추가 연구 37
• 3.1. 2차 모형시험 45
• 3.1.1 2차 모형시험 결과 45
• 4. 결론 46
• 참고문헌 48
• Abstract 50