• 한국항공우주학회지
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• 제50권9호
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• pp.599-608
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• 2022

로터 시스템을 사용하는 도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility, UAM)는 이착륙 시 버티포트(Vertiport)에서 지면 효과를 경험하게 된다. UAM의 안전한 운용을 위해서는 지면 효과가 비행체의 공력성능에 미치는 영향성이 선행적으로 분석되어야 한다. 본 연구에서는 Lattice Boltzmann Method (LBM)를 적용하여지면 효과가 동축 반전 프로펠러를 장착한 쿼드콥터 형상 전기동력 수직이착륙기 전기체의 공력성능 및 후류 구조에 미치는 영향을 분석하였다. 동축 반전 프로펠러 시스템의 상하부 프로펠러에서 지면 효과 영향성은 상이하게 관찰되었다. 지면과의 이격 거리가 변화하더라도 상부 프로펠러의 성능에는 큰 변화가 없었지만, 지면과 가까워질수록 하부 프로펠러에서는 평균 추력과 토크 값이 크게 증가하였다. 또한 이격 거리가 감소함에 따라 추력 변동의 진폭이 증가하는 경향성이 나타났다. 지면 효과에 의해 프로펠러 후류는 하류 방향으로 충분히 전파되지 못하고 지면을 따라 발달한 Outwash 흐름에 의해 확산되었다. 프로펠러 시스템 사이에서 지면 확산 유동이 충돌하는 분수 와류(Fountain Vortex)의 형성을 확인하였다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2011년 춘계학술대회논문집
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• pp.187-193
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• 2011

In this report, We compared the actual test with the result of pow calculation and Resistance/Self-propulsion of the ship using STAR-CCM+ which is the commercial Reynolds Averaged Navier-Strokes(RANs) Solver. The calculation model was the KRISO Container Ship and 205K Bulk Carrier of Sungdong shipbuilding company. For this calculation, We used Realizable K-Epsilon model for flaw analysis, VOF method for the free surface creation, Moving Reference Frame method for reducing the POW calculation time, and Sliding Mesh method for Self-Propulsion analysis. Calculation of Resistance and Self-Propulsion includes the free-surface. And all calculations in this report were based on unstructured grids.

• 대한조선학회논문집
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• 제54권3호
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• pp.215-226
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• 2017

This paper presents numerical results of the performance of a marin propeller in cavitating and non-cavitating flow conditions. The geometry and experimental validation data of the propeller are provided in Potsdam Propeller Test Case(PPTC) in the framework of the second International Symposium on Marine Propulsors 2011(SMP'11) workshop. The PPTC includes open water tests, velocity field measurements and cavitation tests. The present numerical analysis was carried out by using the Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) method on a wall-resolved grid ensuring a y+=1, where the SST k-${\omega}$ model was mainly used for turbulence closure. The influence of the turbulence model was investigated in the prediction of the wake field under a non-cavitating flow condition. The propeller tip vortex flows in both cavitating and non-cavitating conditions were captured through adaptation of additional grids. For the cavitation flows at three operation points, Schnerr-Sauer's cavitation model was used with a Volume-Of Fluid(VOF) approach to capture the two-phase flows. The present numerical results for the propeller wake and cavitation predictions including the open water performance showed a qualitatively reasonable agreement with the model test results.

• 대한조선학회논문집
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• 제51권2호
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• pp.162-170
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• 2014

A CFD(Computational Fluid Dynamics) analysis is presented to predict hydrodynamic characteristics of a marine propeller. A commercial RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes equation) solver, namely FLUENT, is utilized in conjunction with fully unstructured meshes around rotating propeller. Mesh generation process is greatly accelerated by using fully unstructured meshes composed of both isotropic and anisotropic tetrahedral elements. The anisotropic tetrahedral elements were used in the flow domain near the blade and shaft, where the viscous effect is important, having complex shape yet resolving the thin boundary layers. For other regions, isotropic tetrahedral elements are utilized. Two different approaches simulating rotational effect of the propeller are employed, namely Moving reference frame technique for steady simulation, and Sliding mesh technique for unsteady simulation. Both approaches are applied to the propeller open water (POW) test simulation. The current results, which are thrust and torque coefficients, are compared with available experimental data.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권6호
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• pp.373-380
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• 2017

본 연구에서는 레이놀즈 평균 나비어-스톡스(Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS) 방정식을 적용하여 스러스터(thruster) 상호작용에 대한 점성 유동 CFD 해석을 수행하였다. 수치해석은 상용 프로그램인 STAR-CCM+를 이용하였으며, 프로펠러와 No.19a 덕트로 스러스터 모델을 구성하였다. 프로펠러의 회전에 의한 동적인 움직임의 해석을 위해 슬라이딩 격자(sliding mesh)기법을 사용하였으며, 격자구성은 다중영역으로 구분하여 육면체 격자(hexahedral element)로 구성하였고, 계산 시간의 경제성을 고려하여 비등각(non-conformal) 격자를 이용하였다. 스러스터 배치를 그대로 유지한 상태에서 상류방향 스러스터의 방위각(azimuth angle)과 축 기울기에 따라 스러스터 상호작용이 크게 변화하였다. 이러한 결과를 통해 축 기울기와 방위각이 추진성능에 중요한 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제20권5호
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• pp.552-557
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• 2014

본 연구의 목적은 1인승 보트를 설계 제작하여 시운전 및 전산유체역학(CFD)를 이용하여 속도성능을 분석하는 것이다. 선형설계를 포함한 보트의 전반적인 설계과정을 설명하였고, 설계를 바탕으로 제작된 보트에 대하여 잠잠한 해상에서 시운전을 수행했다. 시운전을 통해 보트의 설계속도에서 제동마력은 1680 W가 계측하였다. 유동해석은 상용 CFD 코드인 STAR-CCM+를 이용하여 자유수면과 동적트림을 고려하여 수행되었다. 유동해석 결과 잉여저항 성분이 마찰저항 성분에 비해 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 시운전과 CFD 결과를 바탕으로 보트의 전체효율계수를 추정하였다. 전체효율계수는 전달효율과 준 추진효율로 나누었다. 준 추진효율은 동일 프로펠러를 사용하는 솔라보트의 속도성능 추정 시 사용될 수 있다. 연구결과은 향후 개발될 보트의 선형설계, 성능분석 및 개발에 정보를 제공할 수 있다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권7호
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• pp.1106-1115
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• 2021

본 연구에서는 80k Bulk carrier의 저항성능 향상을 목적으로 선미부에 1개의 핀을 부착해 선미 유동을 제어하였고, 저항성능 및 반류의 변화를 분석하였다. 부착된 핀은 직사각형 단면을 가지며, 길이와 폭, 두께는 고정된 채 길이 및 흘수 방향 부착 위치와 유선에 대한 각도만 변화가 있었다. 나선 및 핀이 부착된 선체에 대한 모형 스케일에서의 CFD 해석이 수행되었고, 그 결과를 실선 확장 후 비교하였다. 핀은 프로펠러로 유입되는 빌지 볼텍스의 경로를 선미 트랜섬 쪽으로 변화시켰고, 이는 프로펠러 상부와 선미부의 압력을 증가시켰다. 이로 인해 선체의 압력저항 및 전 저항이 감소되었으며, 감소율은 핀의 부착 위치가 선미 및 선저와 가까울수록 높았다. 또한 핀은 공칭반류를 감소시켰는데 핀의 각도가 커질수록 반류의 변화가 컸고, 전 저항 저감률은 최대가 되는 특정 각도까지만 비례하였다. 대상 선박에 단일 핀을 부착했을 시의 최대 전 저항 저감률은 약 2.1 %였고, 선미로부터 수선간장의 12.5%, 선저로부터 흘수의 10 % 위치에 14°의 각도로 부착됐을 때이다.

• 한국음향학회지
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• 제37권5호
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• pp.263-270
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• 2018

외부 유동소음 문제를 다루는 대부분의 산업현장에서 FW-H(Ffowcs Williams and Hawkings) 방정식을 이용한 복합전산공력음향 기법이 수치적인 효율성으로 인하여 널리 사용되고 있다. 그러나 사중극자항을 무시한 면적분 형태의 FW-H 방정식을 사용할 때 경우에 따라 무시할 수 없는 비물리적인 소음이 발생한다고 알려져 있다. 특히, 수중 프로펠러와 같이 날개 끝 와류 공동(tip vortex cavitation)이 하류방향으로 길게 형성되는 유동에 대해서는 적절하게 모델링하지 않으면 소음 예측의 정확도가 떨어지게 된다. 따라서 본 연구에서는 사중극자 보정항을 추가하여 적분면에서 FW-H 방정식으로부터 발생하는 비물리적인 음향을 저감시키고자 하였다. 먼저 FW-H 방정식에 기초하여 개발한 내부 예측코드의 정확성을 확인하기 위하여 에어컨 실외기에 사용되는 축류팬을 대상으로 검증을 수행하였으며, ANSYS Fluent의 결과와 비교하여 잘 일치하는 것을 확인하였다. 사중극자 보정항의 효과를 확인하기 위하여 등엔트로피 와류 전파에 대한 소음 해석을 수행하였으며, 사중극자 보정항에 의한 오차의 저감 효과가 발생하는 것을 확인하였다. 마지막으로 Clark-Y 수중익형에서 발생하는 공동 유동장을 대상으로 소음 해석을 수행하였으며, 공동이적분면을 통과할 때 발생하는 오차를 사중극자 보정항을 이용하여 저감할 수 있다는 것을 확인하였다.