선박용 액화수소 연료탱크 내 슬로싱의 유체충격압력 및 거동 특성에 관한 연구

Abstract

본 논문은 선박해양플랜트연구소에서 실증 목적으로 건조되고 있는 선박용 액화수소 연료탱크 내 슬로싱 연구에 관한 것으로 전산유체해석을 통해 탱크 벽면에 작용하는 유체충격압력과 이를 유발하는 액화수소 거동 특성 평가에 관한 연구를 수행하였다. 육상용과 달리 선박용 연료탱크에서 선박 운동으로 인한 슬로싱의 발생이 불가피 하며 C-타입 탱크 형상으로 인해 슬로싱은 선박의 6자유도 운동 중 전후동요(surge)와 종동요(pitch)에 가장 많은 영향을 받는다. 따라서 이 두 방향의 운동 주기와 액화수소의 초기 높이 변화에 따른 고유주기의 비, fr을 0.5에서 1.5를 고려하여 액화수소 탱크 내 슬로싱 거동을 평가하였으며, 여기서 액화수소의 초기높이는 탱크 높이에 30%, 50% 그리고 90%를 적용하였다. 운동 방향과 액화수소 초기 높이에 관계없이 fr=1에서 비선형성이 강한 슬로싱의 출현으로 인해 반구와 원통의 상부 접합부 부근에서 불규칙적인 충격압력이 관찰되었으며 해석 케이스에 관계없이 두 자리 차수 미만의 압력(kpa) 크기를 가지는 것을 확인하였다. 그리고 슬로싱 저감을 위해 탱크 중앙부에 격벽을 설치하여 운동주기와 액화수소 초기 높이에 따른 충격압력 및 거동 저감 특성을 평가하여 격벽의 유효성을 평가하였다. 본 연구는 비록 유체해석 관점에 초점을 두었으나 슬로싱 유체충격 압력이 구조 안정성 평가에 중요한 물리량이며 관련 연구들이 아직 충분히 활성화 되지 않은 점을 고려한다면 액화수소탱크 구조해석분야에서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.