2.3 Morison's Formula
3.1.5 Wave Recorder
조파기로 생성된 파의 파고를 측정하는 장치로서 ±0.25n까지 측정 가능한 Photo 3.6 의 서보식 파고계를 사용하였다 쇄파현상과 같은 파면이 공동을 수반할 경우에는 측정. 값이 큰 오차가 발생할 수 있지만 본 실험에는 쇄파에 실험은 배제하였기 때문에 저항 식에 비해서 파면의 형상변화를 매끄럽게 표현하는 서보식 파고계를 사용하였다.
Photo.3.6 Wave Recorder
실험 모형 3.2
본 연구에서는 SPAR 구조물의 모형을 딴 원통형 실린더를 사용하였다. 모형은
과 에 와 을 부착하여 제작하였으며 은 줄의 굵
Bare-hull bare-hull Strake String , String
기가 1.6mm, 3mm인 두 종류의 줄을 사용하였다. 그리고 모든 실험 모형들은 6축 에 부착할 수 있도록 제작 하였다 각 모델에 대한 제원과 사진의
Load Cell . Fig.3.2,
과 에 나타내었다
Fig.3.3 Table 3.1 .
Table 2 Experiment Model case.
Fig. 3.2 Configuration of Model
크기 가로 세로( x ) 비교 Bare-hull 지름 10cm, 길이 50cm 아크릴.
Strake 지름 10cm, 길이 50cm 아크릴.
String100 지름 10cm, 길이 50cm 아크릴 나일론, . String300 지름 10cm, 길이 50cm 아크릴 나일론, .
bare-hull Strake String300 String100
Fig. 3.3 Model of Experiment
실험 방법 3.3
실험은 2차원 조파수조에서 지름이 10cm인 Bare-hull(원형 실린더 과) Strake와 굵기가 다른 을 부착한 실린더에를 예인전차에 축 괴 연결하여 실린더에 작용하는 힘을 측정
String 6 -Load Cell
하였다. 실험은 크게 정수중과 단주기파, 장주기파로 나누어 실험을 수행했으며, 속도 범위는 까지 실시하였다 실험의 재현성을 위하여 각 속도별로 번씩 실시하였다
0.6m/s - 1.0m/s . 5 .
정도 높은 실험 데이터의 계측을 위해 예인전차의 주행 시 진동을 최소화하기 위해 예 인전차를 교정과정을 실시하였다 또한 파랑중의 반사파의 영향을 최소화하기 위하여 소. 파장치 하부에는 스폰지를 두고 상부에는 그물형 소재를 사용하여 반사파를 최대한 줄 였다.
Table 3 Regular Wave Characteristics for Model Test
H
[m] 정수 중
0.04 T
[sec] 0.6 1.2
m/s2 0.6 0.8 1.0 0.6 0.8 1.0 0.6 0.8 1.0
실험 장면 3.4
Still-water Period 0.6 Period 1.2
Photo.3.7 Actual experimental photograph
실험결과 및 고찰 4.
이론 계산에 의한 결과 4.1
이론 계산은 외력을 관성력 항과 항력 항의 선형적인 합으로 표현한 Morison's 을 이용하여 구조물에 작용하는 힘을 계산하였다 본 논문에서는 균일 흐름에
Equation .
서 실험을 실시하였기 때문에 가속도에 기인하는 관성력의 항은 계산식에서 제외하고 외력을 항력 항으로만 표현하여 계산 하였다. 항력계수는 Re수에 맞는 계수를 선택하였 다. 다음은 Morison's Equation을 항력 항으로만 표현한 것이다.
여기서 : = drag coefficient.
= flow velocity.
= fluid density.
=cylinder of diameter.
본 논문에 사용된 Reynolds number와 항력 계수는 Table 1과 같다. (
)
Table 4 Reynolds number and Drag coefficient.
지름 속도(m/s)
5cm 0.1~0.8 ×∼ × 1.2 10cm 0.1~0.8 ×∼ × 1.2
F
D C
D
dSUU
항력 비교
4.2 .
은 지름이 인 원형 실린더에 을 적용한 계산 값
Fig.4.1~Fig.4.3 5cm Morison's Equation
과 실험에 의해서 구해진 항력 값을 비교한 것이다. Fig.4.1은 정수(still water)중에서,
와 은 각각 주기 과 에서
Fig.4.2 Fig.4.3 0.6 1.2 속도0.6m/s ~ 1.0m/s까지 각 속도에 대해 서 5번씩 실험을 수행한 결과이다. Strake와 String은 파랑의 영향으로 인하여 계산 값과 의 차이가 있지만 비교적 계산 값과 비슷한 항력 값을 나타내는 것을 볼 수 있다. 각 그래프는 5번의 실험으로 얻어진 실험값을 표시한 것으로 각 실험값에 대한 Symbol은 각각 다르게 표시하였다. 범례에서는 실험값 대표로 원형 점선만 표시 하였다.
Fig.4.1 Drag force operating on circular cylinder_clean water
Fig.4.2 Drag force operating on circular cylinder_Period 0.6
Fig.4.3 Drag force operating on circular cylinder_Period 1.2
Fig.4.4 Drag coefficient vs Reynolds number for various values of velocity
는 모든 에 대하여 각 속도에서 측정된 항력을 에 따라서
Fig.4.4 case Reynolds number
항력계수로 무차원하여 그래프에 나타낸 것이다. 이론값 계산 시 사용했던 항력계수와 비교적 잘 일치하는 것을 알 수 있다.
양력의 주파수
4.3 .
이 절 에서는 실험에 의해서 측정 된 실린더 양력의 주파수와 Strouhal Number에 의 해서 구해진 주파수를 비교 한다 여기서. Strouhal Number는 다음과 같이 표기된다.
(2)
: strouhal number.
: free stream velocity.
: cylinder of diameter.
: vortex shedding frequency.
은 실린더의 주파수와 의 의해서 구해진 주파수
Fig.4.5 ~ Fig.4.7 Strouhal Number
를 비교한 것이다. 정수 중과 파랑 중에서 각 모형에 대한 실린더의 주파수를 나타 낸 것으로 실린더의 주파수와 Strouhal Number의 의해서 구해진 주파수가 속도의 증 가에 따라 주파수도 증가하는 경향을 보인다.
Fig.4.5 Comparison of Frequency lift force and vortex shedding. (still-water)
Fig.4.6 Comparison of Frequency lift force and vortex shedding. (period 0.6)
Fig.4.7 Comparison of Frequency lift force and vortex shedding. (period 1.2)
양력 4.4
정주중과 파랑 중 주기 주기 모델별
4.4.1 ( 0.6, 1.2) Time history.
은 정수
Fig.4.8~ Fig 4.16 (still water)와 주기(Period)0.6, 주기1.2인 파랑 중에서 각 속 도 있어서 모델에 따른 실린더 양력의 시간 이력을 나타낸 것이다.
Fig.4.8 Time history of lift force of circular cylinder_still water ( V= 0.6m/s )
Fig.4.9 Time history of lift force of circular cylinder_still water ( V= 0.8m/s )
Fig.4.10 Time history of lift force of circular cylinder_still water ( V= 1.0m/s )
Fig.4.11 Time history of lift force of circular cylinder_Period 0.6 ( V= 0.6m/s )
Fig.4.12 Time history of lift force of circular cylinder_Period 0.6 ( V= 0.8m/s )
Fig.4.13 Time history of lift force of circular cylinder_Period 0.6 ( V= 1.0m/s )
Fig. 4.14 Time history of lift force of circular cylinder_Period 1.2 ( V= 0.6m/s )
Fig.4.15 Time history of lift force of circular cylinder_Period 1.2 ( V= 0.8m/s )
Fig.4.16 Time history of lift force of circular cylinder_Period 1.2 ( V= 1.0m/s )
Fig.4.8~ Fig 4.16에서 보인 것과 같이 속도 0.6m/s, 0.8m/s에서는 전체적인 양력의 값도 작게 나타나며 각, case에 대해서도 양력의 차이는 크게 보이지 않고 있다 하지만. 속도가 1.0m/s인 경우에서는 양력의 차이가 크게 나타나는 것을 볼 수 있다. Strake와
을 부착한 실린더가 비해서 크게는 이상의 양력의 진폭을 감소시
String bare-hull 50%
키는 것을 볼 수 있다.
정주중과 파랑 중 주기 주기 모델별 진폭비교
4.4.2 ( 0.6, 1.2) .
은 정수
Fig.4.17~ Fig4.20 (still water)와 주기(Period)0.6, 주기1.2인 파랑 중에서 각 속 도 있어서 실린더 양력의 진폭을 나타낸 것이다.
Fig.4.17 Amplitude of lift force for circular cylinder_still water
Fig.4.18 Amplitude of lift force for circular cylinder_Period 0.6
Fig.4.19 Amplitude of lift force for circular cylinder_Period 1.2
Fig.4.20 Amplitude of lift force for circular cylinder_velocity 1.0m/s
위의 막대그래프에서 보는 것과 같이 속도에 따른 case의 양력의 진폭을 비교해 보면 속도가 0.6m/s일 때에는 진폭의 큰 차이는 보이지 않으나, 0.8m/s부터 진폭의 차이를 보이면서 1.0m/s일 때에는 50%이상의 큰 양력의 진폭 차이를 보여주고 있다 모든 경. 우에서 보는 것과 같이 bare-hull에 비해 Strake와 String이 양력의 진폭을 감소시키는
것을 볼 수 있으며 특히 실린더에, sting을 부착한 경우가 가장 큰 감소 현상을 나타낸 다. sting중에서도 굵기가 굵은 string300이 string100에 비해 진폭을 더 많이 감소시키 는 것을 볼 수 있다.
결론 5.
을 사용한 양력 감소에 대한 본 연구의 결론은 다음과 같다
String .
원형 실린더와 같은 선상 구조물에 나 과 같이 구조물에 부착하여
1) Strake String
유체의 흐름의 변화로 와동생성에 영향을 줄 수 있다면 구조물에 작용하는 양력 을 감소시킬 수 있다.
이하의 속도가 작은 경우에는 구조물이 와동산란에 큰 영향을 주지 못 해 2) 0.6m/
양력의 진폭 감소에는 많은 영향을 주지 못 하지만 속도가 0.8m/s이상으로 증가 할수록 양력의 진폭이 감소하는 것을 볼 수 있었다.
과 두 종류의 구조물 모두 에 비해서 양력의 진폭을 감소
3) String Strake bare-hull
시키는 효과를 볼 수 있었다 특히. string이 strake의 비해 감소 효과가 더 있었 으며, string중에서는 string300이 string100에 비해 좋은 양력감소 효과를 보여 주었다.
본 실험에서 사용한 이 기존의 사용 중 인 의 단점인 본체의 무게
4) String strake
증가와 복잡한 설치 방법을 보안 할 수 있을 것이라 판단된다.