유체 캐비테이션 예측: 사실적인 시뮬레이션으로 선박 프로펠러 효율성 향상

유체 캐비테이션을 예측하여 줄이는 작업은 선박 프로펠러를 포함한 많은 산업 응용 분야에서 중요합니다. CFD(전산 유체 역학) 소프트웨어를 활용하면 설계 프로세스 초기에 유체 캐비테이션을 예측하고 설계 대안을 모색할 수 있습니다. 본 백서에서는 선박 프로펠러의 캐비테이션 시뮬레이션의 중요한 측면을 살펴봅니다. 또한 시뮬레이션 정확도에 대한 잠재적 오류의 상대적 영향, 그 영향을 줄이는 방법, 그리고 축척 모델의 물리적 테스트와 비교한 실물 크기 프로펠러 시뮬레이션의 이점을 평가합니다.

해양 CFD로 선박 설계 프로세스 추진

포괄적 디지털 트윈은 해양 혁신과 효율성을 추진하는 데 있어 매우 중요합니다. Siemens 시뮬레이션 포트폴리오와 테스트 도구는 유연하고, 개방적이고, 확장 가능하며 해양 설계 프로세스의 모든 단계를 지원합니다. Siemens 솔루션은 통합 설계 환경, 자동화된 해양 CFD 워크플로, 지능형 설계 탐색 도구를 제공합니다. 이를 통해 여러 설계 버전을 빠르게 해석할 수 있고, 설계 초기 단계부터 프로펠러와 선박의 성능을 더 잘 파악할 수 있습니다.

CFD 시뮬레이션으로 유체 캐비테이션 예측 및 관련 영향 축소

캐비테이션은 유체의 압력이 갑자기 낮아지면 발생하며, 상 변화가 일어나 액체 내부에 기포를 형성합니다. 유체 흐름이 많은 경우에 발생하며 특히 펌프, 밸브, 프로펠러와 같은 회전식 기계에서 발생합니다. 유체 캐비테이션은 진동, 소음, 침식을 일으키고 구조상 마모 및 손상을 초래하기도 합니다. 해양 응용 분야에서 프로펠러 캐비테이션은 추진 효율을 떨어뜨리고 선체와 프로펠러 블레이드 모두에 침식을 일으킵니다. 따라서 캐비테이션의 발생 가능성과 발생 위치를 정확하게 예측해 유체 캐비테이션을 최대한 줄이거나 예방할 수 있는 프로펠러를 설계하는 것이 중요합니다.

CFD(전산 유체 역학)을 사용한 다상 모델링은 캐비테이션을 이해하는 데 필수적인 도구입니다. 축척된 프로펠러의 물리적 테스트는 예측과 현실의 실물 크기 작동 조건의 차이 때문에 사용이 제한적입니다. CFD를 활용하면 캐비테이션을 정확하게 예측하고 여러 설계를 신속하게 살펴볼 수 있습니다.

작성자와 선박 CFD(전산 유체 역학) 분야의 경력 소개

Milovan Peric 교수는 CFD와 CFD의 해양 분야 적용에 대한 연구를 30년 이상 수행해왔으며, 학계와 상업용 소프트웨어 기업에서 연구직을 역임하고 있습니다. 그는 'Computational methods for fluid dynamics'(유체 역학을 위한 전산기법)의 공동 저자이며, CFD 개발 및 응용에 관한 논문 약 200편을 단독 또는 공동으로 집필했습니다. 현재 뒤스부르크-에센 대학교의 선박 엔지니어링 및 운송 시스템 선박기술연구소에서 연구직을 맡고 있으며 Siemens Digital Industries Software의 해양 CFD 선임 컨설턴트이기도 합니다.

정확한 캐비테이션 시뮬레이션을 수행하는 방법

선박 프로펠러의 캐비테이션은 Simcenter STAR-CCM+와 같은 CFD 코드에서 사용할 수 있는 일반적인 캐비테이션 모델을 사용하여 정확하게 예측할 수 있습니다. 이 백서에서는 캐비테이션 시뮬레이션을 실행할 때 발생할 수 있는 문제를 자세히 알아봅니다. 다음 요소가 캐비테이션 시뮬레이션 결과에 미치는 영향을 평가하는 방법을 알아보십시오.

• 난류 모델
• 그리드 해상도
• 프로펠러 지오메트리
• 축척 효과

본 백서에는 SVA Potsdam GmbH에서 수행한 CFD시뮬레이션과 실험 데이터의 비교 분석이 포함되어 있습니다.