평판의 난류경계층내 미소기포에 의한 마찰저항 감소에 대한 실험적 연구

Abstract

마이크로 버블을 이용한 마찰저항 감소에 대한 연구는 지난 수십 년간 이루어져 왔으며, 이를 선박에 적용하여 에너지 절감의 목표를 달성한 바도 있지만, 마찰저항 감소 메커니즘에 대한 연구는 상대적으로 활발히 이루어지지 않았다. 난류 경계층내의 마이크로 버블의 거동특성을 가시화하고 마찰저항 감소 메커니즘을 설명하는 것을 목표로, 본 연구에서는 지름40 &micro m 에서 100 &micro m 범위의 미소 기포를 평판 경계층 내에 분사하여 국부마찰력의 감소를 확인하고자 하였다. 중형 공동터널에서 평판에 대한 실험을 수행하였으며, 가압융해식으로 생성된 기포혼합액을 분사장치를 통해 경계층에 공급하며 국부 마찰력을 계측하고 버블이 없는 유동에 의한 마찰력과 비교하였다. 국부 마찰력계측을 위하여 최대 1N 용량의 국부 마찰력센서를 설계 및 제작하였으며, 유속 및 기포의 양을 변화시키며 계측하여 최대 16%의 국부 마찰력 감소를 확인하였다. PIV와 BIV 기법을 활용하여 난류경계층내의 마이크로 버블을 가시화를 시도하고, 마이크로 버블 거동 특성의 해석과 함께 마찰저항 감소의 메커니즘을 설명할 수 있는 기초자료를 확보하였다.크로 버블의 거동특성을 가시화하고 마찰저항 감소 메커니즘을 설명하는 것을 목표로, 본 연구에서는 지름40 &micro m 에서 100 &micro m 범위의 미소 기포를 평판 경계층 내에 분사하여 국부마찰력의 감소를 확인하고자 하였다. 중형 공동터널에서 평판에 대한 실험을 수행하였으며, 가압융해식으로 생성된 기포혼합액을 분사장치를 통해 경계층에 공급하며 국부 마찰력을 계측하고 버블이 없는 유동에 의한 마찰력과 비교하였다. 국부 마찰력계측을 위하여 최대 1N 용량의 국부 마찰력센서를 설계 및 제작하였으며, 유속 및 기포의 양을 변화시키며 계측하여 최대 16%의 국부 마찰력 감소를 확인하였다. PIV와 BIV 기법을 활용하여 난류경계층내의 마이크로 버블을 가시화를 시도하고, 마이크로 버블 거동 특성의 해석과 함께 마찰저항 감소의 메커니즘을 설명할 수 있는 기초자료를 확보하였다.