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.

수중에서 빠른 속도로 운동하는 물체 주변에서 감압이 발생하며, 이로 인해 공동 핵이 팽창함으로써 캐비테이션이 발생한다. 캐비테이션이 발생하게 되면 소음 및 진동이 증가하며, 추진기의 경우 추진 성능이 저해되는 악영향을 초래하기 때문에 이에 대한 예측이 필요하다. 본 연구에서는, 캐비테이션 발생으로 인한 공동소음의 해석절차를 정립하고, 타원형 날개에 적용하였다. 먼저 전산유체역학 해석을 수행하여, 날개 형상 주위 유동장 정보를 도출하였다. 공동 핵 밀도 함수를 활용하여, 핵의 초기 반경 별로 개수를 계산하였고 이들을 압력 강하가 큰 날개 끝 전류에 랜덤하게 배치하였다. 이후 공동소음 해석을 위해 각각의 핵에 대하여 Lagrangian 관점에서 버블 다이나믹스를 활용하였고, 계산된 공동의 거동으로부터 소음해석을 수행하였다. 공동소음은 광대역 소음의 특성을 가지는 것을 확인하였으며, 최종적으로 선박해양플랜트연구소(KRISO)의 대형캐비테이션터널(LCT)에서 수행된 실험 계측결과와의 비교를 통해 검증을 수행하였다.

원심 해수냉각 펌프를 분석하기 위하여 다른 운전 유량에 대한 캐비테이션 거동을 조사하였다. 3D 2상 해석은 ANSYS-CFX 상 용코드로 수행되었다. 해석에는 k-ε 난류와 Rayleigh-Plesset cavitation 모델이 사용되었다. 수치 예측에 기초하여 세 가지 토출 유량값에 대 하여 헤드 드롭 특성곡선이 작성되었다. 더 높은 유량에서 임펠러는 버블 캐비테이션에 보다 취약하다. 0.7Q, Q 및 1.3Q(Q: 설계 유량)에서 작동하는 펌프의 3 % 헤드 드롭 위치는 각각 NPSHa 1.21 m, 1.83 m 및 3.45 m에 해당한다. 증기 기포의 볼륨이 예측되고 캐비테이션의 위치는 임펠러 내에서 발생하는 캐비티를 시각화하여 예상하였다. 또한, 압력계수와 날개 부하 분포가 구체적으로 제시되어 캐비테이션이 펌프 운전에 미치는 해로운 영향을 나타냈다. 또한, 압력계수 분포와 날개부하 차트가 구체적으로 제시되어, 펌프 운전에 캐비테이션이 미치는 해로운 영향을 나타냈다.

A hydraulic system is a driving or transmission system that uses high pressure hydraulic fluid to power hydraulic machinery. It refers to the transfer of energy from flow and pressure. A hydraulic pump is a mechanical source of power that converts mechanical power into hydraulic energy. Cavitation is the formation of vapor cavities in liquid that are the consequence of forces acting upon the liquid. It usually occurs when a liquid is subjected to rapid changes of pressure that cause the formation of cavities where the pressure is relatively low. In this study, a cavitation was measured when the vane pump is rotating. The rotation speed of the vane pump was tested at 1000 rpm to 5000 rpm. At that time, the temperature and pressure of each hydraulic oil were changed and controlled. The results show that flow rate and noise are changed when cavitation occurs.

For enhanced cavitation erosion resistance of vessel propellers, an electroless Ni-P plating method was introduced to form a coating layer with high hardness on the surface of Cu alloy (CAC703C) used as vessel propeller material. An electroless Ni-P plating reaction generated by Fe atoms in the Cu alloy occurred, forming a uniform amorphous layer with P content of ~10 wt%. The amorphous layer transformed to (Ni3P+Ni) two phase structure after heat treatment. Cavitation erosion tests following the ASTM G-32 standard were carried out to relate the microstructural changes by heat treatment and the cavitation erosion resistance in distilled water and 3.5 wt% NaCl solutions. It was possible to obtain excellent cavitation erosion resistance through careful microstructural control of the coating layer, demonstrating that this electroless Ni-P plating process is a viable coating process for the enhancement of the cavitation erosion resistance of vessel propellers.

선박용 입형 편흡입 원심 해수펌프의 회전체와 파이프 시스템 내부에 발생한 과도한 손상의 원인을 분석하고자 실제 모 델을 역설계 하였다. 이를 위해 전산유체역학(CFD)을 이용하여 해수냉각펌프의 내부유동 분석을 실시하였다. 결과적으로 역설계를 통 한 대상펌프의 형상 및 경계조건을 설정하여 설계 운전점인 125 /h에서의 펌프 효율은 85.3 %, 양정 32.0미터로 계산되었다. 대상 펌 프의 최고 효율점은 150 /h에서 약 86.2 %로 예측되었으나 실제 운전점과는 차이가 있었다. 최저 유량점인 112.5 /h에서는 저 유량 점 특성상 유동이 불안정하여 해석의 수렴이 좋지 않았다. 선박에서 운전 중인 해수펌프 및 파이프 시스템 전반에 걸쳐 진행 중인 공 동현상의 원인 규명을 통해 개선방안을 도출하고자 하였으나, 입·출구 전체 파이프 시스템의 계산, 각 지관들에 대한 유량 및 유속 측정 등을 통해 보다 명확한 원인분석을 위한 후속연구가 필요하다.

A hydraulic system is a drive or transmission system that uses high pressure hydraulic fluid to power hydraulic machinery. It refers to the transfer of energy from flow and pressure. A hydraulic pump is a mechanical source of power that converts mechanical power into hydraulic energy. Cavitation is the formation of vapor cavities in a liquid that are the consequence of forces acting upon the liquid. It usually occurs when a liquid is subjected to rapid changes of pressure that cause the formation of cavities where the pressure is relatively low. In this study, a cavitation was measured when the vane pump is rotating. The rotation speed of the vane pump was tested at 1000 rpm to 5000 rpm. At that time, the temperature and pressure of each hydraulic oil were changed and controlled. The results show that flow rate and noise are changed when cavitation occurred.

This study examined the factors affecting the bubble generation of a motor driven bubble generator to develop a heating unit using hydrodynamic cavitation. This study also investigated the heat production and thermal efficiency by changing operating conditions. Bubble generation using the 25 ℓ-capacity motor is driven bubble generator was confirmed visually in various experimental conditions: three levels of motor powers(1, 3, 5 HP), two levels of revolutions(1800, 3200 rpm), and two levels of internal pressures of the bubble generator(the atmospheric pressure, pressurized air). After constructing the heating unit, heat production, and thermal efficiency were measured in the following experimental conditions: two levels of motor powers(3, 5 HP) and three levels of water quantities(102, 152, 230 kg). And then specifically temperature increasing rate and specific consumed energy required for the heating unit design were calculated. Bubbles were generated stably at 1,800 rpm and pressure from 0~0.8 bar. When heating water around 30℃, specific temperature increasing rate was maximized at 0.247℃/min and 0.002422℃/min-kg. Thermal efficiencies were 121% with only motor driving power as input energy and 98% with both motors driving power and water circulating pump driving power as input energy. This showed that the heating unit using hydrodynamic cavitation had higher thermal efficiency than the existing combustion boiler. Maximum specific consumed energy was 0.0270 KJ/min-kg-℃. This study confirmed that water can be heated with the heat caused by the explosion of the bubbles generated by hydrodynamic cavitation. And the results of this study could be utilized for commercial use because it showed much higher thermal efficiency than the existing combustion boiler.

본 연구에서는 캐비테이션에 의한 부식에 강한 도료를 개발하기 위하여 고탄성의 우레탄 수지에 내마모 성능을 향상시키기 위한 첨가제로서 Multi wall과 Single wall type의 Carbon nano tube(CNT)와 Spherical과 Fiber type의 Graphite 나노 입자를 첨가하여 물성과 캐비테이션에 대한 저항성, 작업성 등을 비교 평가하였다. 나노 입자로서 Graphite에서는 캐비테이션 저항성(t50)이 Spherical type(t50 182min)보다는 Fiber type(t50 292min)이 높은 캐비테이션 저항성을 갖는 것으로 관찰되었다. 또한 CNT에서는 Single wall type의 캐비테이션 저항성(t50 286min)이 Multi wall보다는 더 높은 것으로 관찰되었다. 나노 입자중에서 가격 및 캐비테이션 저항성을 감안하면 가장 최적의 나노 입자는 Fiber type의 Graphite로 관찰되었다. 도료의 작업성 평가에서 수동 작업에 의해 제작된 표면은 매끈한 표면을 가지고 있으나 Spray 작업에 의해 제작된 표면은 표면이 균일하지 않으며 Spray시 발생된 Dust가 표면에 고착된 형태로 관찰되었다.

본 연구에서는 캐비테이션에 의한 부식에 강한 도료를 개발하기 위하여 고탄성의 우레탄 수지에 내마모 성능을 향상시키기 위한 첨가제로서 Polypropylene glycol(PPG), Polycarbonate diol(PCD), Polycaprolactone polyol(PCL-1), Polycaprolactone-tetramethylene glycolether(PCL-2) 등 4가지 종류의 Polyol을 첨가하여 제조한 도료의 물성과 캐비테이션 저항성을 평가하였다. 합성된 도료의 물성을 비교한 결과 Polyol 중에서는 PCD을 첨가한 경우 경도와 내마모성이 높아 캐비테이션 저항성이 높을 수 있는 물성을 가진 것으로 나타났으나 고점도를 가지고 있어서 도료화에 어려움이 있을 것으로 예상되어 점도가 낮은 도료를 위하여 PCL-1을 적절한 첨가제로 선정하였다. PCL-1이 첨가된 도료의 캐비테이션 저항성을 평가한 결과 저항성이 높은 것으로 나타났고 SEM을 이용하여 표면 분석을 통한 기공의 침식현상을 관찰하였다.

The Axiom propeller is a unique 3 bladed propeller and it enables to generate the same amount of thrust going ahead as it does going astern because of its ‘s’ type skew-symmetric blade section. A earlier variant of the design (Axiom I propeller) performed a low propeller efficiency, maximum 35 % efficiency, and further blade outline design was carried out to achieve a higher efficiency. The optimized new blade outline (Axiom II propeller) has more conventional Kaplan geometry shape than Axiom I propeller. Model tests of open water performance and propeller cavitation for both propellers were conducted at Emerson Cavitation Tunnel in order to compare their performances. Experiment results revealed that Axiom II propeller provides a maximum 53 % efficiency and provides better efficiency and cavitation performance over the Axiom I propeller under similar conditions.

롤 투 플레이트 시스템은 인쇄 전자에서 가장 경제적이고 효과적인 방법 중 하나이다. 본 논문에서는 롤 투 플레이트 시스템의 틈새출구에서 PDMS의 공동 변화가 유체 흐름의 어떠한 영향을 미치는지, 또 플레이트에 어떻게 전이되는가를 시뮬레이션을 통해 규명하였다. 실험은 IGT-C1 인쇄적성 실험기를 이용하여 전이율, 인쇄 밀도, 프린트 스루, 분할점 등과 같은 데이터를 측정하여, 컴퓨터 시뮬레이션 결과 값들과 비교 분석하였다. 컴퓨터 시뮬레이션은 Flow 모델을 뉴토니언 모델로 생성하여, Navier-Stokes 방정식을 기반으로 한 패키지 소프트웨어인 Polyflow와 Flow 3D로 시뮬레이션 하였고, 시뮬레이션 결과와 실험 결과는 잘 일치하였다.