DES 및 SAS 난류 모델을 사용한 선박 기류의 수치 분석. IDDES 난류 모델과 SST SAS 난류 모델을 사용한 선박 주변의 불안정한 난류.
연구배경 및 목적
세트 [2] SHOL은 대기 속도와 흐름 방향을 기반으로 헬리데크 착륙을 수행할 수 있는 범위를 지정하고, FOCFT는 선박에서 헬리콥터를 지속적으로 제어하기 위해 시설 평가, 장비 교정, 헬리콥터 유형과 선박 유형 간의 호환성 등을 지정합니다. 기류 모델링이 좋은 비행 시뮬레이션의 경우 선박의 설계 단계에서 참고할 수 있는 데이터를 제공할 수 있으며, 실제 해상에서 얻은 SHOL에 대한 보충자료로도 활용할 수 있다는 장점이 있다.[3 ] 그러나 이러한 장점에도 불구하고 불안정한 난류유동이나 난류유동과 헬리콥터 로터 사이의 상호작용을 시뮬레이션하는 것은 어렵고, 여전히 추가적인 연구가 필요하다.
기존연구
Forrestet al. [11]은 DES를 사용하여 계산을 수행했습니다. Yuan et al. [13]은 OpenFOAM의 DES를 사용하여 SFS2를 계산하고 Fluent를 사용하여 계산했습니다.
수치해석 방법
유동장 가정 및 지배방정식
난류모델
RANS
는 난류 점도이고 는 난류 강도입니다. RANS 방정식의 난류 모델은 일반적으로 난류가 매우 빠르게 소멸되어 흐름이 심각하게 감소하는 것을 보여줍니다. 불안정하지 않다면 정상상태에 도달할 가능성이 높다.
RANS를 그대로 사용하는 것은 비정상류 해석에 적합하지 않습니다. DES는 대표적인 하이브리드 LES이다. DES는 그리드 레벨을 기준으로 RANS를 사용한 계산 영역과 LES를 사용한 계산 영역으로 나누어 상대적으로 저렴한 비용으로 대규모 난류 유동 해석을 수행합니다. 비정상 난류유동을 그대로 RANS법을 이용하여 해석할 수 있습니다.
비정상 난류 유동은 유동장의 비정상 유동 영역에서 가 국부적으로 큰 값을 가지도록 하여 소산이 적게 발생하도록 모의한다.
수치해석 조건
수치 형상 및 경계조건
기본 표면과 경계면이 생성되는 것을 방지하는 데 사용되었습니다.[11] 입구 속도 경계조건은 C-H형 반원과 이를 따르는 두 개의 직선에 적용되었습니다. 또한, 흐름이 빠져나가는 반대측에는 압력 오리피스 경계조건을 적용하였다.
수치 격자
이는 국부 전단응력률과 와도 크기 사이의 균형을 나타내며, 와도가 변형률 속도보다 큰 영역을 와류로 정의한다[21]. 등위면의 색상은 순간 속도로 표현됩니다. 평균 속도와 유사하게 동일한 네트워크의 두 난류 모델의 결과가 매우 유사하다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 전체적으로 SST SAS 난류 모델을 사용한 경우는 S-A IDDES 난류 모델을 사용한 경우보다 낮은 난류 강도를 보인다.
자유 흐름이 트랩 길이의 약 120배 이상 이동하는 동안 시간 평균을 수행했습니다. 등위면의 색상은 순간 속도로 표현됩니다. 방향의 길이로 나누는 것은 무차원이었습니다. 일반적으로 실험 및 참고문헌과 유사한 결과가 얻어졌다.
그러나 몇 가지 다른 결과가 확인되었습니다.
격자 의존성 시험
수치해석 결과
Headwind 조건
NRC는 모델 규모에서 60m/s의 유입 유량으로 실험을 수행했습니다. 역풍 조건에서 S-A IDDES 난류 모델을 사용한 수치 해석 속도 (a) 순간 속도 (b) 시간 평균 속도. 평균유량의 경우 실험 및 기타 참고자료의 결과와 매우 유사함을 알 수 있다.
이는 결과에 굴뚝의 영향이 반영된 것으로 보인다. 유동의 난류 강도는 세로, 가로, 세로 방향에서 확인되었습니다. 난류강도에 있어서 본 연구에서 수행된 두 사례는 실험결과 및 참고문헌과 매우 유사한 결과를 보였다.
류강도의 경우 x축 양쪽 끝의 결과가 세 방향 모두 참고문헌보다 실험에 가까운 값을 나타냈다.
Green 45° wind 조건
녹색 45° 바람 조건 하의 평균 유속은 참고 자료의 역풍과 다르게 해석됩니다. 의 결과와 약간의 차이가 있음을 알 수 있으며, 실험 결과와 참고문헌에서도 약간의 차이가 나타났다. 특이한 점은 녹색 45° 바람 조건이므로 그래프 오른쪽에 장애물이 없음에도 불구하고 그래프 오른쪽에 u의 실험과 w의 실험 및 참고문헌의 차이가 나타난다는 것입니다. .
우선, 실험 결과보다는 참고문헌의 결과에 더 가까운 수치를 얻었다. 본 연구에서는 오픈소스 CFD 프로그램인 OpenFOAM을 이용하여 선박 주변의 기류를 해석하였다. 기존 문헌에서 폭넓게 논의되어온 기존 문헌과 S-A의 결과. 본 연구의 분석 결과는 다음과 같다.
모션 시뮬레이션이 가능하였으며, 상용 소프트웨어를 이용하여 얻은 결과와 S-A IDDES 해석 결과와 유사하였다. 본 연구 결과를 통해 선내 기류 등의 문제에 OpenFOAM을 적용할 수 있다. 본 연구에서는 S-A IDDES와 SST SAS 난류모델이 실험 및 참고문헌과 매우 유사한 결과를 보였으며, 비정상 난류유동 해석에서 우수한 성능을 보임을 확인하였다. 확인하기 위해서는 추가 연구가 필요할 것으로 보인다.
