Abstract
Cavitation refers to a phenomenon in which empty spaces occur in a fluid due to changes in pressure and a velocity. When a liquid moves at a high speed, the pressure drops below the vapor pressure, and vapor bubbles are generated in the liquid. This study used CFD to analyze the flow of fluid machinery used in marine and offshore plants. The goals are to ensure the validity of the analysis method for marine propellers in an open water test, to increase the forward ratio, and to use FLUENT to understand the flow pattern due to cavitation. A three-dimensional analysis was performed and compared with experimental data from MOERI. The efficiency was highest at advance ratios of 0.7 - 0.8. Thrust was generated due to the difference between the pressure surface and the suction surface, and it was estimated that bubbles would be generated in the vicinity of the back side surface rather than the face side of the propeller, resulting in more cavitation. The cavitation decreased sharply as the advance ratio increased. The thrust and torque coefficients were comparable to those of the MOERI experimental data except at the advance ratio of 1, which showed a difference of less than 5%. Therefore, it was confirmed that CFD can evaluate an open water propeller test.
공동현상은 유체의 속도 변화에 의한 압력변화로 인해 유체 내에 빈 곳이 생기는 현상을 말한다. 고속의 액체유동에서 액체의 압력이 포화증기압 이하로 낮아져서 액체 내에 증기 기포가 발생하는 현상이다. 본 연구에서는 선박 및 해양플랜트 분야에서 사용되어지는 유체기기에 대해 CFD 유동해석을 이용하여 선박용 프로펠러의 단독성능 해석기법의 타당성 확보 및 공동에 따른 유동양상을 파악하기 위해 FLUENT를 이용하여 전진비를 증가시키며 3차원 해석을 수행하고 MOERI의 실험 데이터와 비교분석하였다. 대형 컨테이너선용 KP505프로펠러의 사양을 기준으로 전진비에 따른 해석의 결과 전진비 0.7~0.8 구간에서 효율은 60% 수준으로 가장 높게 확인되었다. 압력면과 흡입면의 차이로 추력이 발생되는 것을 확인하였고 프로펠러 표면보다는 이면부근에서 Bubble이 많이 생성될 것으로 추정되며 공동현상이 더 많이 발생할 것이라 추정되었다. 또한 전진비가 증가함에 따라 공동현상은 급격히 감소함을 알 수 있었다. 추력계수와 토크계수는 MOERI 실험값과 비교했을 때 비교적 유사한 결과를 나타내었으며 전진비 1을 제외하고 모두 5%이내의 차이를 나타내었다. 따라서, CFD로 프로펠러 단독 성능에 대한 평가가 가능함을 확인하였다.