의 경향성을 알아보고자 하였다. Fig. 23 ~ 25를 분석하면 강관의 두께가 0.5
일 때 가장 높은 온도를 나타내고 1.0, 1.5 순서로 온도가 높고, 그래프 의 형상을 분석하였을 때 수치해석의 결과 값이 뚜렷하게 경향성을 가진다는 것도 알 수 있다. 열선용량이 33일 경우, 환경온도가 10℃ 감소할 때 온도 센서의 측정값이 약 0.8℃ 감소하고, 두께가 0.5 커질 때 최소 0.2℃ ~ 최대 1.4℃ 감소하는 것으로 나타났다. 열선용량이 45일 경우, 환경온도가 10℃
감소할 때 온도센서의 측정값이 약 0.8℃ 감소하고, 두께가 0.5 커질 때 최 소 0.3℃ ~ 최대 1.8℃ 감소하는 것으로 나타났다. 열선용량이 66일 경우, 환경온도가 10℃ 감소할 때 온도센서의 측정값이 약 0.8℃ 감소하고, 두께가 0.5 커질 때 최소 0.4℃ ~ 최대 2.4℃ 감소하는 것으로 나타났다.
Fig. 27 The graph of the ice class louver numerical analysis:
External temperature 0℃, relative velocity 1, heating cable power output 33
Fig. 28 Numerical analysis of the ice class louver: External temperature -15℃, relative velocity 1, heating cable power output 33
(Location of heating cable: front(left), center(center), behind(right))
Fig. 29 The graph of the ice class louver numerical analysis:
External temperature -15℃, relative velocity 1, heating cable power output 33
Fig. 30 Numerical analysis of the ice class louver: External temperature -30℃, relative velocity 1, heating cable power output 33
(Location of heating cable: front(left), center(center), behind(right))
Fig. 31 The graph of the ice class louver numerical analysis:
External temperature –30℃, relative velocity 1, heating cable power output 33
Fig. 26, 28, 30은 열선용량 33, 상대풍속 1로 고정하고 외부환경온 도만을 변경하여 해석을 수행한 blade 전체의 온도분포를 나타낸 것이고, 좌측 부터 열선의 부착 위치가 전면부, 중면부, 후면부를 나타내고 있다. Fig. 27, 29, 31은 time step별 열선의 온도를 측정하는 Ch7을 제외한 Ch1 ~ 6의 평균값을 나타내었다. 이를 분석하였을 때, 열선을 blade의 전면부에 부착했을 때가 상대 적으로 높은 온도를 나타내었고 이는 중면부에 비해서는 약 10℃가 높으며, 후 면부에 비해서는 약 7℃ 정도 높은 것으로 나타났다.
Fig. 32 Numerical analysis of the ice class louver according to the relative velocity: Heating cable power output 33
(Location of heating cable: front(top left), center(top right), behind(bottom))
Top Center Behind
0℃ -15℃ -30℃ 0℃ -15℃ -30℃ 0℃ -15℃ -30℃
1 13.78 -1.21 -16.22 5.81 -9.19 -24.19 7.02 -7.98 -22.98 4 9.48 -5.52 -20.52 3.73 -11.27 -26.27 4.61 -10.39 -25.39 7 7.78 -7.13 -22.13 2.89 -12.11 -27.11 3.74 -11.26 -26.26 Table 16 Numerical analysis of the ice class louver according to the
relative velocity: Heating cable power output 33
Fig. 33 Numerical analysis of the ice class louver according to the relative velocity: Heating cable power output 45
(Location of heating cable: front(top left), center(top right), behind(bottom))
Top Center Behind
0℃ -15℃ -30℃ 0℃ -15℃ -30℃ 0℃ -15℃ -30℃
1 18.74 3.74 -11.26 7.86 -7.14 -22.14 9.52 -5.48 -20.48 4 12.88 -2.12 -17.12 5.03 -9.97 -24.97 6.23 -8.77 -23.77 7 10.68 -4.32 -19.32 3.89 -11.11 -26.11 5.05 -9.95 -24.95 Table 17 Numerical analysis of the ice class louver according to the
relative velocity: Heating cable power output 45
Fig. 34 Numerical analysis of the ice class louver according to the relative velocity: Heating cable power output 66
(Location of heating cable: front(top left), center(top right), behind(bottom))
Top Center Behind
0℃ -15℃ -30℃ 0℃ -15℃ -30℃ 0℃ -15℃ -30℃
1 27.39 12.39 -2.61 11.47 -3.53 -18.53 13.90 -1.10 -16.10 4 18.52 3.81 -11.19 7.30 -7.70 -22.70 9.07 -5.93 -20.93 7 15.59 0.53 -14.41 5.63 -9.37 -24.37 7.33 -7.67 -22.67 Table 18 Numerical analysis of the ice class louver according to the
relative velocity: Heating cable power output 66
Fig. 32, 33, 34는 상대풍속에 따른 수치해석 결과를 그래프로 나타낸 것이 며 Table 16, 17, 18은 Ch1 ~ 6까지의 온도센서 측정값의 평균값을 나타낸 것 으로, 이를 분석한 결과, 열선의 부착 위치가 전면부일 때 해빙성능이 가장 큰 것으로 나타났으며, 열선의 부착 위치가 중면부일 때 해빙성능 가장 낮은 경향 으로 나타났다. 여기서 해빙성능이 가장 뛰어난 전면부의 해석결과를 Table 19 에 도식화하였다. 이를 분석한 결과 환경온도가 15℃ 낮아질 때마다 온도센서 의 데이터 값은 약 14℃ 정도 감소하고, 상대풍속이 3 빨라질 때마다 최저 4.2℃ ~ 최고 9℃까지 감소하며, 열선용량이 10 증가할 때마다 약 2℃ 정 도 상승하였다.
이와 같은 결과를 토대로 빙해선박의 작업환경에 따라 루버의 열선 부착위 치 및 전력용량을 고려하여 열선을 시공한다면 더욱더 경제적으로 시공할 수 있는 토대가 될 것이다.
Room Temp.
(℃)
Wind speed ()
Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 Ch5 Ch6 Ch7 Aver.
33
0
1 2.50 7.26 7.26 4.67 4.67 11.40 58.16 6.29
4 0.92 2.26 2.26 1.49 1.49 3.20 17.10 1.94
7 0.56 1.55 1.55 0.99 0.99 1.90 9.38 1.26
-15
1 -12.50 -7.74 -7.74 -10.33 -10.33 -3.60 43.15 -8.71 4 -14.08 -12.75 -12.75 -13.52 -13.52 -11.81 2.11 -13.07 7 -14.44 -13.45 -13.45 -14.01 -14.01 -13.11 -5.63 -13.75
-30
1 -27.50 -22.74 -22.74 -25.33 -25.33 -18.60 28.16 -23.71 4 -29.08 -27.74 -27.74 -28.51 -28.51 -26.80 -12.90 -28.06 7 -29.44 -28.45 -28.45 -29.01 -29.01 -28.10 -20.62 -28.74
45
0
1 3.18 9.68 9.68 6.15 6.15 14.89 75.63 8.29
4 1.19 2.99 2.99 1.95 1.95 4.25 23.12 2.55
7 0.71 2.06 2.06 1.29 1.29 2.52 12.70 1.66
-15
1 -11.82 -5.32 -5.32 -8.85 -8.85 -0.11 60.63 -6.71 4 -13.81 -12.01 -12.01 -13.05 -13.05 -10.75 8.12 -12.45 7 -14.29 -12.94 -12.94 -13.71 -13.71 -12.48 -2.3 -13.35
-30
1 -26.82 -20.32 -20.32 -23.85 -23.85 -15.11 45.63 -21.71 4 -28.81 -27.01 -27.01 -28.05 -28.05 -25.75 -6.88 -27.45 7 -29.29 -27.94 -27.94 -28.71 -28.71 -27.48 -17.3 -28.35
66
0
1 4.52 13.52 13.52 8.51 8.51 20.13 101.92 11.45
4 1.64 4.21 4.21 2.73 2.73 6.02 33.49 3.59
7 0.98 2.95 2.95 1.82 1.82 3.61 18.47 2.36
-15
1 -10.47 -1.48 -1.48 -6.49 -6.49 5.13 86.92 3.55 4 -13.36 -10.79 -10.79 -12.27 -12.27 -8.98 18.49 -11.41 7 -14.02 -12.05 -12.05 -13.18 -13.18 -11.39 3.47 -12.65
-30
1 -25.47 -16.48 -16.48 -21.49 -21.49 -9.87 71.92 -18.55 4 -28.36 -25.79 -25.79 -27.27 -27.27 -23.98 3.49 -26.41 7 -29.02 -27.05 -27.05 -28.18 -28.18 -26.39 -11.53 -27.65
Table 19 Numerical analysis data of the sensor temperature(Location of the heating cable: front)
제 5 장 결 론
본 논문은 상용수치해석 프로그램인 을 이용하여 빙해선박의
풍우밀문 및 아이스 클래스 루버 의 효율
적인 열선 시공 및 설계기준을 도출하기 위해 수치적으로 모사하였고 이를 에서 수행한 실내모형실험과 비교 분석함으로써 다음과 같은 결론을 얻 을 수 있었다
본 연구는 선박에 사용되는 풍우밀문 및 루버를 극지역에서도 사용할 수 있도록 하기 위해 풍우밀문의 경우 문틀에 열선을 시공하여 문틀과 문이 이하로 내려가지 않도록 하여 문의 개폐성능이 이상이 없도록 하면서 효율적 인 열선 시공 및 설계기준을 도출하고자 수행되었고 아이스 클래스 루버의 경 우 에 열선을 시공하여 의 온도가 이하로 내려가 착빙이 되었을 때 열선에 전력을 공급하여 해빙이 될 수 있도록 효율적인 열선 시공 방안을 마련하여 경제적이고 효율적인 설계가 가능하게 하고자 수행되었다
본 연구에서 대상으로 한 풍우밀문 및 아이스 클래스 루버는 에서 수행한 실내모형실험으로 연구된 자료를 바탕으로 구현되었으며 풍우밀문의 경우 온도 측정을 위한 온도센서의 위치 및 열전달 특성상 공기의 대류에 의 한 온도의 영향이 미비할 것이라 예상하고 차원 평면으로 모델링하여 해석을 수행하였고 아이스 클래스 루버의 경우 실험에 사용된 장비의 제원을 토대로 모델링을 하여 해석을 수행하였다 풍우밀문은 외부환경온도가 인 경우 실내모형실험 결과 값과 수치해석 결과 값을 비교하였을 때 오차가 최대 가 나는데 그 원인은 실내모형실험 결과 값이 외부환경온도가 로 변하기 직전의 온도가 아닌 에서 실내모형실험 결과 값을 산출해 놓은 값이고 수치해석 결과 값과 외부환경온도가 로 변하기 직전의 결과 값과는 유사 하므로 수치해석의 오류는 없는 것으로 판단하였다 아이스 클래스 루버의 경 우는 열선에 부착된 온도센서의 결과 값의 차이가 정도 나타나는데 이는 실내모형실험에서 사용된 열선의 겉에 프레임이 덧대어져 실험이 수행되었고 수치해석의 경우 프레임과 함께 모델링을 했을 경우 격자 깨짐 현상이 발생하
여 수치해석을 수행할 수 없어 프레임을 모델링하지 않고 결과를 도출하였기 때문에 이와 같은 오차가 발생한 것으로 분석하였다 나머지 결과들은 강제시 편의 온도가 발산하지 않고 특정온도로 수렴하였다
풍우밀문의 수치해석 결과 외부환경온도가 감소할 때 센서의 온도는 약 정도 감소하고 열선 용량이 증가할 때마다 약 정도 증가 하는 것을 확인할 수 있었다 그리고 강관의 두께가 증가할 때 최소
최대 감소하였다
아이스 클래스 루버의 수치해석 결과 의 전면부에 열선을 부착한 것 이 상대적으로 가장 높은 온도를 나타내었고 이 결과는 중면부에 비해 약 정도 높으며 후면부에 비해서는 약 정도 높은 것으로 나타났다 열선을 전 면부에 부착했을 경우 외부환경온도가 낮아질 때마다 약 정도 감소 하고 상대풍속이 빨라질 때마다 최저 최고 까지 감소하며 열선용량이 증가할 때마다 약 정도 증가하였다