규칙파 중 갑판침입수의 충격하중에 미치는 선수 플레어 각도의 영향에 관한 실험적 연구

Title
규칙파 중 갑판침입수의 충격하중에 미치는 선수 플레어 각도의 영향에 관한 실험적 연구
Authors
하윤진
Keywords
규칙파중갑판침입수의충격하중에미치는선수플레어각도의영향에관한실험적연구
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
FPSO(Floating Production Storage Offloading)는 일반적으로 Turret에 의하여 계류되기 때문에 거친 해상환경을 회피하는데 어려움이 있다. 또한, 갑판 위에 민감한 석유생산 설비가 배치되기 때문에 갑판침입수 발생 시 그 위험이 더욱 크다. 갑판침입수는 선박의 상하 동요에 의한 상대파고 상승의 영향을 크게 받기 때문에 본 연구에서는 FPSO의 heave와 pitch를 자유롭게 하여 규칙파 중에서 실험과 수치계산을 수행하였다. 수치계산의 경우는 실험에서 얻어진 선체 운동을 이용하여 강제동요 시켰다. 본 연구에서는 플레어가 갑판침입수에 미치는 영향을 규명하기 위하여, 140,000DWT FPSO의 1/150 모형을 이용하여 플레어 각도에 따른 갑판침입수의 충격하중과 갑판침입수의 수위변화를 실험을 통하여 계측하고, 일부 동일한 조건에 대하여는 수치적으로 시뮬레이션도 하였다. 선수는 삼각형의 수선면 형상을 가지고, 수선면 아래의 형상은 변경하지 않고 플레어의 각도를 변경하며 연구를 진행하였다. 갑판 형상 변화에 의한 영향을 최소화하기 위하여 갑판현측선을 선수 방향으로 이동시켜 가면서 플레어의 각도를 증가시켰다. 선박의 적재조건은 갑판침입수의 발생확률이 가장 높은 만재 상태이며, 규칙파 중 향파(向波, head sea) 상태만을 고려하였다. 유입파의 파장은 0.8LBP부터 1.2LBP까지, 파고는 1.0Freeboard부터 2.0Freeboard의 범위이다. 본 연구를 통하여 플레어에 의한 선수주위의 국부적인 유동 변화가 선수측면으로 유입되는 갑판침입수의 양을 변화시키는 것을 확인하였다. 또한 선수측면으로 유입되는 갑판침입수가 갑판 상 유동과 수직 벽에 작용하는 충격하중에 어떠한 영향을 주는지를 규명함으로써, FPSO의 플레어 설계 시 참고가 될 수 있는 기초적인 연구로 볼 수 있다. 이와 더불어, 갑판침입수 충격하중 감소의 측면에서 최적의 플레어 각도를 제시하였다.
Description
제 1장 서 론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 갑판침입수에 의한 손상 4 1.3 국내외 연구동향 7 1.3.1 플레어 각도에 따른 갑판침입수 충격하중 감소 11 1.3.2 갑판 형상에 따른 갑판침입수 수위 및 충격하중 감소 14 1.4 연구의 목적과 범위 18 제 2장 갑판침입수 실험 및 계산 조건 20 2.1 갑판침입수 실험 조건 20 2.1.1 대상모형 21 2.1.2 플레어 24 2.1.3 유입파 26 2.1.4 계측 장비의 구성 및 자료 처리 30 2.2 갑판침입수 계산 조건 36 제 3장 파고에 따른 실험 및 계산 결과 42 3.1 H = 1.0Freeboard 43 3.2 H = 1.5Freeboard 57 3.3 H = 2.0Freeboard 66 3.4 플레어의 효과 및 설계에의 응용 74 3.4.1 플레어의 효과 74 3.4.2 선체 운동의 위상각 77 3.4.3 플레어 각도에 따른 갑판침입수 속도와 두께 79 3.4.4 선수루(Forecastle deck) 설계에의 응용 84 제 4장 결론 88 참고 문헌 92 그림 목차 그림 1 타원형 선수의 플레어 형상 및 갑판 상 파형 11 그림 2 플레어 각도에 따른 갑판 위 파고(왼쪽) 및 수직 벽 충격하중(오른쪽) 12 그림 3 원형 갑판 형상과 시간에 따른 갑판 위 갑판침입수 유동 15 그림 4 타원형 갑판 형상과 시간에 따른 갑판 위 갑판침입수 유동 16 그림 5 원형과 타원형 갑판 형상에 대한 시간에 따른 수직 벽 충격하중- 17 그림 6 140,000DWT FPSO의 정면도 21 그림 7 플레어 형상 및 각도 정의(Flare angle=0, 30) 25 그림 8 플레어 각도에 따른 선체 정면도(Flare angle=0, 12, 30) 26 그림 9 Heave와 pitch RAO 결과 27 그림 10 북대서양 해역의 유의파고(IACS) 29 그림 11 갑판 상에서의 압력센서와 파고계 위치 31 그림 12 갑판침입수 실험 시 전체적인 개략도 32 그림 13 유입파 및 수직 벽 충격하중 실험 결과 (λ=1.0LBP,H=1.0Freeboard, Flare angle=0) 33 그림 14 위상 각 정의 (λ=1.0LBP, H=1.0Freeboard, Flare angle=0, 12, 18, 30) 35 그림 15 격자계 모습 41 그림 16 플레어 각도에 따른 선체 운동 및 상대파고의 최대 값 비교(H=1.0Freeboad) 45 그림 17 플레어 각도에 따른 갑판 위 및 수직 벽에서의 수위와 하중 최대 값 비교(H=1.0Freeboard) 45 그림 18 플레어 각도에 따른 수직 벽 충격하중 감소(H=1.0Freeboard) 46 그림 19 플레어 각도에 따른 갑판 위 유동 (λ=1.0LBP, H=1.0Freeboard, Flare angle=0, 6, 12, 30) 47 그림 20 시간에 따른 갑판 위 갑판침입수 유동 전진 과정 (λ=1.0LBP, H=1.0Freeboard) 49 그림 21 시간에 따른 갑판 위 갑판침입수 유동 전진 과정 (λ=1.2LBP, H=1.0Freeboard) 50 그림 22 실험과 계산 결과의 정량적 비교 (λ=1.0LBP, H=1.0Freeboard, Flare angle=0, 12, 18, 24) 52 그림 23 계산 결과를 통한 상대파고 결과(λ=1.0LBP, H=1.0Freeboard) 53 그림 24 플레어 근처에서의 유동 현상 (λ=1.0LBP, H=1.0Freeboard, 19.0st.) 54 그림 25 갑판 위 갑판침입수의 양 추정 결과(λ=1.0LBP, H=1.0Freeboard) 56 그림 26 플레어 각도에 따른 선체 운동 및 상대파고의 최대 값 비교(H=1.5Freeboard) 57 그림 27 플레어 각도에 따른 갑판 위 및 수직 벽에서의 수위와 하중 최대 값 비교(H=1.5Freeboard)
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22750
Appears in Collections:
College of Engineering(공과대학) > Naval Architecture & Ocean Engineering(조선해양공학) > Theses(조선해양공학 석박사 학위논문)
Files in This Item:
23765.pdfDownload

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Browse