Effects of Scale Ratio on Flow Characteristics in Moonpool

When a geometric size of moonpool and an inflow velocity are determined based on the similarity of Froude number, Reynolds number is depending on the scale ratio of moonpool geometry. It means that different characteristics of flow fluctuations in moonpool can be observed depending on the scale ratio of moonpool even though Froude number is the same. In the present study two dimensional numerical simulations were performed to investigate the influence of scale ratios on the flow characteristics inside the moonpool. The inflow velocity at several scale ratios was determined to keep Froude number constant. A periodic response was observed in a small size of moonpool while a large moonpool showed complicated fluctuations with various amplitudes and frequencies, which made it difficult to distinguish the statistical steady-state response from the temporal responses in the case of large moonpool. The similarity of Froude number gave rise to a spectral characteristic which was inversely proportional to the square root of scale ratios ($f_{0.5}{\approx}{\sqrt{2}}f_1{\approx}2f_{2.0}$) but a low frequent occurrence of strong vortex ($f_{2.0}=0.07$)which is observed inside the large moonpool was characterized depending on scale ratios.

축척비가 문풀 내부 유동 특성에 미치는 영향

Froude(Fr) 수의 상사성을 통해 문풀의 크기와 유동 속도를 결정할 경우 축척비에 따라 문풀 내부 유동에 대한 Reynolds(Re) 수가 크게 달라진다. 즉 같은 Fr 수를 갖는다 할지라도 축척비에 따라 문풀 내부 유동 특성이 달라질 수 있음을 의미한다. 본 연구에서는 같은 Fr 수로 상사되었을 때 축척비가 문풀 내부 유동 특성에 미치는 영향을 분석하기 위해 2차원 수치 해석을 수행하였다. 문풀의 크기가 작을 때 문풀에 작용하는 힘은 매우 주기적인 특성을 보이는 반면 문풀의 크기가 커질수록 주기가 일정하지 않은 교란 특성을 보이기 때문에 과도 응답과 통계적 정상 상태의 응답을 구분하기 어려워진다. 주파수 특성에 있어서도 축척비의 제곱근에 반비례하여 나타나는 주파수 특성($f_{0.5}{\approx}{\sqrt{2}}f_1{\approx}2f_{2.0}$)은 Fr 수의 상사성에 따른 유동 특성으로 볼 수 있으나, 문풀의 크기가 클 때 매우 낮은 주파수($f_{2.0}=0.07$)로 문풀 내부에서 매우 강한 와가 발생하는데 이는 축척비에 따른 영향이다.