2차원 원형실린더의 와류유발진동에 대한 전산해석

Abstract

최근 해양 라이저는 현재 석유 시추 및 생산, 심해 광물자원 채취 등에 있어 필수적인 장비로 현대 산업 개발에 중요한 역할을 하고 있다. 라이저는 중량이 가볍고 세장비가 커 파랑과 조류와 같은 해양환경에 의하여 쉽게 거동하게 되어 VIV(Vortex Induced Vibration)와 같은 주기적인 유체력으로 인한 구조적 현상이 주된 문제로 파악되고 있다. 본 연구에서는 이에 의한 유체력 및 연성되어 발생하는 동적 거동 해석을 위해 구조-유체 연성 해석 기법을 개발하였다. 유동장 해석이 공간에 고정된 Euler 격자계를 기본으로 수행됨에 따라 유체력에 의한 거동을 직접 반영하기 위해서는 매 시간 단계 마다 이동한 물체를 추적하여 재 생성되는 동적 격자 체계를 이용하여, vortex shedding에 의한 유체력, 구조적 감쇄 및 강성이 고려된 자유진동해석을 수행하였다. 수치해석적 접근으로 물체의 운동방정식을 모사하기 위하여 2차의 Runge-Kutta 방법이 적용되었다. 본 연구는 고 레이놀즈 수에 해당하는 유동하에 2차원 실린더 자유진동을 모사하였으며 이전 선행 연구와 잘 일치하는 것으로 본 연구의 수치해석기법을 검증하였다.Vibration)와 같은 주기적인 유체력으로 인한 구조적 현상이 주된 문제로 파악되고 있다. 본 연구에서는 이에 의한 유체력 및 연성되어 발생하는 동적 거동 해석을 위해 구조-유체 연성 해석 기법을 개발하였다. 유동장 해석이 공간에 고정된 Euler 격자계를 기본으로 수행됨에 따라 유체력에 의한 거동을 직접 반영하기 위해서는 매 시간 단계 마다 이동한 물체를 추적하여 재 생성되는 동적 격자 체계를 이용하여, vortex shedding에 의한 유체력, 구조적 감쇄 및 강성이 고려된 자유진동해석을 수행하였다. 수치해석적 접근으로 물체의 운동방정식을 모사하기 위하여 2차의 Runge-Kutta 방법이 적용되었다. 본 연구는 고 레이놀즈 수에 해당하는 유동하에 2차원 실린더 자유진동을 모사하였으며 이전 선행 연구와 잘 일치하는 것으로 본 연구의 수치해석기법을 검증하였다.