소음공해는 인간과 해양환경에 악영향을 끼치며, 선박과 해양구조물에서 발생하는 유동소음을 예측을 통해 소음에 대한 안전 성을 평가하고 해양환경을 보존할 수 있다. 기존 수중구조 유동소음 해석기법은 전산유체역학과 FW-H음향상사식을 이용한 하이브리드법 기반이다. FW-H는 무한공간에서의 음향전파를 가정하여 소음해석을 수행하기 때문에 음파의 반사와 산란, 회절의 영향이 나타나는 근접 장 해석이 제한적이다. 반면 격자볼츠만기법 기반의 직접법 유동소음해석을 수행하면 근접장 음향효과를 소음해석에 반영할 수 있다. 직 접법 해석은 유동과 소음이 연성된 해석이 수행되고 구조경계에서의 반사와 회절, 유동에 의한 매질 불균일성에 따른 산란효과가 반영된 다. 그간 격자볼츠만기법이 수중조건에서 수치적으로 불안정하여 수중환경에 적용이 불가능했다. 하지만 수중환경에서 사용할 수 있는 DM-TS 격자볼츠만기법 충돌연산자가 개발되어 수중으로 확장이 가능해졌다. 본 연구에서는 파이프내 원형구멍에 대하여 격자볼츠만기 법 해석을 수행해 수중 유동소음해석이 가능함을 보였다. 격자볼츠만기법 해석을 통해 도출한 유동과 소음을 각각 실험과 비교하여 해석 의 신뢰도를 확보하였다. 파이프내 유동소음에 의한 주요 압력 피크가 해석에 반영되었으며 이를 통해 격자볼츠만기법을 이용한 근접장 유동소음해석이 가능함을 확인했다.

Numerical analysis for flow and noise characteristics of sirocco fan design factors is conducted in this study. 4 cases of blade angle(α=24°~30°) and 5 cases of RPM(390~1170RPM) are calculated. Flow characteristics are compared for the number of blades. Outlet flow rate is tended to decrease as the number of blades increased. There is little difference in the flow characteristics for the angle of blade. The highest outlet flow rate is predicted at α=24°, and the lowest at α=28°. Flow and noise characteristics are compared for α=24° and 26°. Outlet flow rate is almost similar in both cases, but noise for α=24° is predicted higher at high RPM conditions.

There are many disadvantages to existing silencers used in power plants. Recently, high-performance silencers are required in society, so it is necessary to develop silencers accordingly. Therefore, in this study, to develop the flow silencer by taking advantage of the foamed aluminum, the property values such as loss coefficient and porosity were obtained through experiments, based on the Forchheimer's law. CFD analysis was performed by applying a porous modeling technique to foamed aluminum and the results were compared with experimental values. The error rate between the results of the experiment and the flow analysis is within about 2.79%, so the results of the experiment and the analysis agree relatively well. When the foamed aluminum was installed, the flow noise was reduced by about 5.14dB.

선체 부가물에서 발생하는 유동소음은 자체소음 관점에서 소나의 성능과 직결되고, 추진기 및 방향타와 상호작용을 통해 2차 소음원을 야기해 근접장 범위의 엄밀한 분석이 요구된다. 하지만 유동소음 해석에 적용되는 기존의 음향상사법은 음향 신호의 전파를 직접 모사하지 않는 간접법에 해당해 회절, 반사, 산란 특성을 고려할 수 없으며, 근접장 해석이 제한적이다. 본 연구에서는 격자 볼츠만 기법을 적용해 수중환경 유동소음의 전파과정을 직접 모사하였다. 격자 볼츠만 기법은 분자의 충돌과 흐름 과정을 통해 유동소음을 해석하는 기법으로, 압축성과 낮은 소산율, 낮은 분산율의 특성을 가지고 있어 소음해석에 적합하다. 선체 부가물 형상을 대상으로 RANS 해석을 통해 유동소음원을 도출하고, 유동-음향 경계면을 적용한 격자 볼츠만 기법으로 유동소음의 전파과정을 직접적으로 모사했다. 도출된 결과를 수음점의 위치에 따라 FW-H 결과 및 유체동압력 결과와 비교를 통해 근접장에서 타 기법 대비 격자 볼츠만 기법의 유용성을 확 인했다.

In this study, numerical analysis was carried out to develop low-noise axial fans, which are often used for ventilation in houses. A commercial program and the turbulence models are used for the analysis of internal fan. Proudman acoustic power model and the Curle surface acoustic power model were used for analysis. As a result, the distribution of flow velocity and pressure around the blade and guide of the fan was high, and low in the center of the fan. Noise from the inner wall of the fan case and the blade surface was the highest at the body and vane connections of the blade, and low at the center of the vane and the center of the body.

선박 및 수중구조물의 고속, 대형화 및 요구조건 강화의 추세에 따라 유동소음 예측기술의 중요성이 강조되고 있다. 항공, 철도 등의 공력소음 분야에서는 음향상사법을 이용하여 순음 및 광대역 유동소음에 대해 활발히 연구되고 있는 반면 조선해양분야에서는 수중추진기의 날개주파수소음에 대해서만 일부 고려되고 있다. 본 논문에서는 날개면 형상의 주요 유동소음발생 메커니즘 뒷날소음을 고려 가능한 FW-H Formulation 1B를 이용하여 수중추진기 및 선저부가물의 기초요소인 수중익에 대해 광대역소음 예측기법을 연구하였다. 기존의 FW-H Formulation 1B는 공기 중의 압력상관관계 모델에 기반하여 구성되어 있어 매질에 대한 일반성 및 정확도의 한계를 가지므로 수중환경에 대해 일반성을 가지는 벽면변동압력 모델로 확장하는 방법론을 제시하였다. 공기 중 날개면의 소음계측결과와 비교해 벽면변 동압력 모델을 이용할 경우 기존모델의 해석결과 대비 5 dB 이내의 오차로 정확도 관점에서의 유용성을 확인할 수 있었으며 전산유체역 학과 벽면변동압력을 이용한 수중환경의 광대역소음해석 절차를 확립하고 수중익의 광대역소음 예측을 수행하였다.

잠수함에서 발생하는 수중방사소음은 적함의 소나에 의해 피탐될 확률과 직결되며, 잠수함 저소음화 방안은 생존성 향상을 위해 필수적이다. 최신 잠수함의 경우 기계류 소음저감 및 고속/대형화가 진행됨에 따라 선체 주위에 발생하는 유동소음에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 자유수면의 효과를 고려하여 잠수함 형상 주위에 발생하는 유동소음 수준을 예측할 수 있는 소음해석기법을 개발하였다. 잠수함이 자유수면 근처 운항시에 잠수함 주위 유동장의 교란에 의해 발생하는 난류유동소음과 쇄파버블에 의한 소음이 발생한다. 먼저 잠수함 주위 유동장 해석을 위해, VOF법 기반의 비압축성 이상유동(two-phase flow)해석을 수행하여 잠수함 주위 자유수면 형상과 유동장 정보를 도출하였다. 이후 난류유동소음해석을 위해 음향상사기법인 Permeable FW-H를 적용하였고, 쇄파버블 소음해석을 위해 유동해석에서 도출된 난류운동에너지 분포결과를 기반으로 쇄파버블 소음모델을 적용하였다. 최종적으로 개발된 유동소음 해석기법은 선박해양플랜트연구소(KRISO)의 대형캐비테이션터널(LCT)에서 수행된 잠수함 모형 유동소음계측 실험결과와 비교를 통해 검증을 수행하였다.

선박의 고속, 대형화 및 규제강화의 추세에 따라 유동소음의 중요성이 강조되고 있다. 그러나 항공, 철도 등의 공력소음 분야에서 유동소음을 설계에 반영하고 있는 것에 반해 조선해양분야에서는 고려되지 않고 있다. 본 연구에서는, 선체유기 유동소음의 해석절차를 정립하고 쇄파의 영향이 작고 선체선형에 의한 유기소음의 특성이 뚜렷한 파랑관통형 선형에 대해 소음특성을 분석하였다. 선체유기 유동소음의 주요 메커니즘인 난류경계층 내부의 복잡한 난류유동과 구조물의 유체-구조 연성적 소음원은 벽면변동압력을 이용하여 가진력을 모델링하고 파워흐름해석법을 이용하여 진동음향 응답해석을 수행하였다. 주파수 영역 및 선체부위에 따라 상의한 소음특성을 가지며 저주파수 영역에서 선형의 영향이 상대적으로 크고 유속에 비례하는 경향을 확인할 수 있었다.

난류유동에 의한 소음은 계산비용의 관점에서 음향 상사법을 이용하여 전산유체 기법과 결합해 다양한 해석모델이 연구되고 있다. FW-H 음향상사법을 이용한 유동소음해석의 연구가 활발히 이루어지고 있으나, 기존 문헌들의 결과에서는 계산비용의 관점에서 난류유동에 의한 소음성분을 생략하고 있다. 그러나, 최근의 연구에서 유동소음특성에 있어 난류소음의 중요성이 밝혀진바 있다. 본 논문에서는 RANS 난류모델과 투과성 경계면을 이용한 Permeable FW-H 음향상사법을 이용한 난류유동소음해석에 대해 연구하였다. 2D 실린더에 대하여 직접적으로 변동압력을 추출하는 직접법과 난류성분을 고려하지 않은 FW-H 상사법, 또 난류소음의 성분을 포함하는 Permeable FW-H 방법의 경우를 비교하였다. Permeable FW-H 방법을 통해 일반적으로 적용되는 FW-H 방법에서 해석 불가능한 난류에 의한 소음의 영향을 기존의 FW-H 방법과 동일한 계산비용으로 예측할 수 있었고, 적절한 투과성 경계면 설정을 통해 높은 정확도의 해석이 가능했다. Permeable FW-H 방법을 통한 난류유동해석 절차를 확립하였으며, 그 유용성을 확인했다.

Numerical solutions are presented for compressible fluid flow past a rotating elliptic cylinder in a medium at rest at infinity. Flowfields and acoustic waves emitted from rotating elliptic cylinder are directly simulated by the Lattice boltzmann method formulated by the Arbitrary lagrangian eulerian scheme. The flowfield is almost periodic after the calculation fully developed and studied by means of streamlines and equi-vorticity lines and by means of drag, lift and moment coefficients. The positive and negative vorticity is alternately occurred at the edge by those large vortexes. The acoustic waves propagate synchronizing with the rotation and increase with M3.5 of rotational speed of elliptic cylinder.

도시지역의 주거 건물들이 고층화 됨에 따라 강풍에 의한 풍소음에 대한 민원들이 많아지고 있다. 고층건물 거주자들은 풍소음에 대한 문제점에 대해 목소리를 높여왔으며, 또한 풍소음 및 기타 소음은 빌딩 거주자 및 이웃들에게 원성을 사왔다. 건물에 의하여 발생하는 각종의 문제점은 환경 및 인간에게 악영향을 미치지 못하게 하는 빌딩 건설에 대한 규제가 있으며, 또한 가정 환경에 있어서 고요하고 평화로움을 만끽할 개인적 권리가 있다. 바람에 의해 발생된 소음문제를 사전에 해결하기 위한 예측 방법으로는 모형실험이 가장 확실한 방법으로 들 수 있는데, 모형 실험을 풍소음에 적용하는데 있어서는 다음과 같은 요소들 때문에 매우 어려움을 격고있다. 즉 (1) 자연발생 바람, 기계소음과 건물에 의하여 발생하는 인위적 풍소음간의 구별의 어려움, (2) 모형실험에 있어서 서로 상반되는 Strouhal 수와 레이 놀드 수를 동시에 맞추기 위한 모델스케일의 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 Full Scale 시뮬레이션의 방법이 가장 타당하나 풍동 실험 등 물리 모델의 경우, 건물을 대상으로 할 경우는 그 크기 때문에 Full Scale 모 형은 실질적으로 거의 불가능 하다. 따라서 풍소음과 관련된 기존의 연구들은 대부분 기계 및 항공관련 연구에 집중되 어왔다. 그러나 최근 수치해석의 경우는 컴퓨터의 급진적인 발달로 그 계산시간이 급격하게 줄어 들어 Full Scale의 시뮬레이션이 가능하게 되었다. 그러나 빌딩주변에서 발생하는 바람에 의하여 발생하는 소음은 그 문제점이 상당히 큼에도 불구하고 이들을 수치해석에 의하여 시도된 예는 거의 없다. 따라서 본 논문은 이러한 점에 초점을 맞추어 단독건물, 건물의 모양, 크기 및 건물간격 등과 관련하여 각종 빌딩형태의 모델 주변에서의 압력장, 속도장과 풍소음장에 대한 예측을 수치 시뮬레이션을 통하여 수행하였다. 본 논문에서 사용한 수치해석 모델은 유동해석 즉 속도와 압력장은 LES Smagorinsky 모델을 사용하여 얻었고 풍소음 계산은 유동장해석은 SYSNOISE Rev 5.6 Beta를 사용하여 컴퓨터로 계산하였다.