Analysis of Two-Dimensional Sloshing Problems by a Lagrangian FEM

Lagrangian 유한요소법을 이용한 2차원 탱크내 유동해석

Theoretical and experimental techniques to analyze the two-dimensional liquid motion in a tank are discussed. A Lagrangian FEM with a velocity correction procedure is introduced to describe incompressible free surface fluid flow. A mesh rezoning technique is used to prevent strong distortion of finite elements in the Lagrangian description. Model test technique for sloshing tank is developed using a hydraulic type bench tester. The influence of the variation in the exciting frequency and amplitude are observed for various fill depths. The results of theoretical calculations are compared with those of experiments.

자유수면을 갖는 2차원 탱크내 유동현상의 규명을 위하여 수치해석법 및 실험적 방법을 제사하였다. 수치해석 방법으로는 전유동장에 대하여 Lagrangian 표현법 개념의 유한요소법을 적용하였으며, 유도의 비압축성 조건을 이용하여 Navier-Stokes 방정식을 fractional step method로 속도수정하는 방법을 도입하였다. 유한요소 내부의 유체는 항상 그 요소 안에 머물러 있고 유체의 경계는 항상 요소의 경계에 따라 이동하고 벽면에서 미끄러짐이 일어난다고 가정한다. 이 방법은 유동이 심한 경우 유동장의 이산화를 재조정해야 하므로 물체 적합좌표계를 사용한 절점 재조정법을 개발하였다. 실험은 한국해사기술연구소가 보유하고 있는 MTS유압시스템을 이용하여 슬러싱 탱크 모형실험이 수행되었으며, 이를 위하여 슬러싱 전용시험기를 제작하였다. 2차원 단순 직사각형 탱크에 대하여 수심의 변화 및 기진진폭의 변화에 따른 유동현상의 변화를 관찰하였고 이론해석 결과와 비교하였다.