평면 대변위 운동을 가지는 복수부유체의 유체역학적 해석을 위한 시간영역 Rankine source 방법 개발

Abstract

본 연구에서는 평면 대변위 운동을 가지는 복수 부유체의 유체역학적 해석을 위한 시간영역 Rankine source 방법 개발에 대한 기초연구를 수행한다. 최근 환경오염 규제의 하나로 친환경 에너지의 요구가 증가로 인한 친환경 수소 생산 플랫폼의 개발이 진행되고 있으며 해당 플랫폼의 작업 시 요구되는 유지보수 및 하역을 위한 복수 부유체의 해상 작업이 동반되기 때문에 부유체 간 상대적 위치가 고려된 정확한 파랑 성능 예측이 작업기준 설정의 중요한 근거가 된다. 복수 부유체 간 해양 작업은 이접안, over taking 등과 같이 부유체 간의 상대위치가 크게 변하는 것이 대부분이다. 따라서 부유체 간 상대위치가 크게 변하는 작업을 평균 위치로 해석할 경우, 큰 오차가 발생할 수 있기 때문에 상대위치를 고려할 수 있는 수치기법에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 파랑 중 부유체 간 상대위치를 고려하기 위해서는 부유체와 자유수면 경계의 매 스텝 이산화할 수 있도록 간접 경계 적분방정식 방법(Indirect Boundary Integral Eqation Method, IBIEM) 기반 복수 부유체 해석 코드를 개발한다. IBIEM은 Rankine source 방법의 한 종류로 source panel을 유체 경계 외부로 비특이화하여 point source로 근사할 수 있다. Inter-bubble force의 force equilibrium을 이용한 최적 node 재배치 알고리즘이 개발되어 point source로 근사화된 자유수면 경계변화에 적용한다. 그리고 재배치된 자유수면 node의 물리량을 이전 단계에서 보간하기하여 thin plate spline 보간법을 도입한다. 평균 위치의 파랑 중 부유체의 유체역학적 해석, 지구 고정 좌표계에서 대변위 해석 검증을 순차적으로 수행하고 마지막으로 복수 부유체의 상대위치에 따른 유체역학적 해석을 수행하여 개발된 기법의 feasibility를 확인한다.