심해공학수조의 바람발생장치 성능평가에 관한 연구

Abstract

파랑, 조류 그리고 바람 하중 작용에 따른 해양구조물의 운동성능 평가를 위해 실시되는 해양공학실험에 있어 복합환경재현은 매우 중요하다. 최근 해양구조물의 상부 크기가 증가하고 신재생에너지에 대한 수요증가로 해상풍력발전설비가 점차 중요해지는 바, 복합환경하중 중에서도 바람하중에 대한 중요성이 점차 부각되고 있다. 최근 선박해양플랜트연구소에서 구축한 세계 최대 규모의 심해공학수조는 복합해양환경 재현을 위해 다방향 조파기, 조류 및 바람발생장치를 개발하였는데, 이 중에서도 해상풍 재현에 중요한 바람발생장치의 성능평가를 본 연구를 통해 수행하였다. 실험성능평가의 주요 목적은 크게 세 가지로 다음과 같다. 1) 바람발생장치 팬 성능 및 시험영역에서의 공간적 풍분포도 평가, 2) 실험을 통해 얻어진 성능평가 지표를 활용하여 바람발생장치운영방안 수립, 3) 바람발생장치의 성능이 모형시험에 미치는 영향분석을 통해 성능개선 필요성을 검토하는 것이다. 연구 목적 달성을 위해 바람장에 미치는 영향을 최소화 하면서, 난류에 의한 구조물의 진동을 최소화하고 열선유속계 위치의 정밀 조정이 가능한 풍속계측 장비를 개발하였다. 계측을 통해 시험 모델이 주요하게 설치될 영역에서 속도 편차가 약 0.5m/s 이내, 난류 강도는 7~10%를 형성하는 것을 확인하였으며, 이것은 개방형 바람발생장치임을 감안하면 매우 준수한 성능이 도출된 것으로 판단된다. 본 연구에서는 실험장치 개발과정과 개발된 장치로부터 얻어진 실험 결과를 주요하게 다루었으며 결과를 바탕으로 풍동과 유사한 수준의 유질 개선은 어렵더라도 정도 높은 바람장 재현을 위한 개선안을 함께 도출하였다.