Abstract
Viscous flow around actual ship is calculated by an use of RANS equations. The propriety of this computing method, usefulness to hull form design and the scale effect which is the effect of viscous flow depending on the scale of ship model are investigated. Reynolds stress is modelled by using k-${\varepsilon}$ turbulence model and the law of wall is applied near the body. Body fitted coordinates are introduced for the treatment of the arbitrary 3-dimensional shape of the ship hull form. The transformed equations in the computational domain are numerically solved by an employment of FVM. In the calculation of pressure, SIMPLE method is adopted and the solution of the discretized equation is obtained by the line-by-line method with the use of TDMA The calculations of two ships, 4410 TEU container carrier and 50,000 DWT class bulk carrier, are performed at model and actual ship scale. The results are compared and discussed with the model test results which are viscous resistance, nominal wake distribution at propeller plane and limiting streamline on the hull surface. They describe the effect of stem form and the scale effect very well. In particular, the calculated nominal wake distribution and limiting streamline are agreed qualitatively with the experiments and the viscous resistance values are estimated within ${\pm}5%$ difference from the resistance tests.
본 연구는 실제 선박 주위의 점성 유동에 대해 RANS방정식을 사용하여 해석함으로써 그 계산 방법의 타당성 및 선형 설계에의 유효성을 입증하고, 모형선 크기에 따른 점성 유동의 영향, 즉 척도효과에 대한 기초 연구를 목적으로 하였다. 높은 레이놀즈수에서의 난류유동을 계산하기 위해 k-${\varepsilon}$ 난류모형을 채용하였으며, 물체 근처에서는 벽법칙을 사용하였다. 선체의 3차원 형상을 효과적으로 처리하기 위해 물체적합좌표계를 이용하여 실제영역에서 유도된 지배방정식을 계산영역으로 변환시켰으며, 유한체적법을 사용하여 이산화시켰다. 압력 계산은 SIMPlE법을 사용하였으며, 이산화된 식들은 TDMA를 이용한 선순법으로 해를 구하였다. 실제 계산대상 선박은 4410 TEU급 콘테이너 운반선과 50,000 DWT급 살물 운반선으로 모형선 크기와 실선 크기에 대해 점성유동을 해석하여 비교하였으며, 모형선에 대해서 저항시험, 프로펠러 면에서의 반류분포 조사 시험, 그리고 한계유선 조사시험을 수행하여 계산결과와 비교 검토하였다. 계산결과는 선미 유동장에서의 평균속도와 압력 분포에 있어서 선미 형상에 따른 효과와 척도효과를 잘 묘사하고 있다. 특히, 계산된 프로펠러 변에서의 반류분포와 선체 표변에서의 한계유선 분포는 실험과 정성적으로 잘 일치하고 있으며, 점성저항 추정에 있어서는 실험 값과 ${\pm}5%$ 이내로 예측하고 있음을 보여 주고 있어 선형 개발의 설계 도구로 활용될 수 있음을 알 수 있다.
