DES 및 SAS 난류모형을 적용한 함정 공기유동 수치해석 연구

Abstract

함정에서 헬리콥터 운용은 해상상황 및 함정 구조물로 인해 발생된 난류유동 때문에 매우 위험하다. 전산유체역학을 통해서 함정 주위의 공기유동을 해석하면, 함정 주위에서 발생하는 난류유동특성의 연구뿐만 아니라 조종사 훈련을 위한 시뮬레이션에도 사용할 수 있다. 본 연구에서는 open source CFD toolbox인 OpenFOAM과 hybrid LES 중 하나인 SST SAS 난류모델을 사용하여 함정 주위의 공기유동을 해석하고, 이를 평가하고자 한다. 형상은 TTCP에서 제안된 SFS2 모형을 사용하였으며, 수치 격자는 SIEMENS STAR-CCM+의 trimmed cell mesher를 이용하여 생성하였다. 수치해석은 OpenFOAM v4.1 버전의 pimpleFoam 솔버를 사용하여 수행하였다. 대표적인 hybrid LES인 S-A IDDES 난류모델과 SST SAS 난류모델을 이용하여 함정 주위의 비정상 난류유동을 해석하였다. 헬리덱 상부에서의 평균 유동, 유동의 섭동성분 결과로 실험 및 기존연구와 비교하였다. 수치해석 결과, OpenFOAM에서 SST SAS 난류모델을 이용한 수치해석의 결과가 기존의 상용프로그램의 결과와 매우 유사한 결과를 얻었다. SST SAS 난류모델을 사용한 계산이 S-A IDDES를 적용한 경우보다 조금 느렸지만, 일부면에서 실험과 더 가까운 값을 보이며, 함정 공기유동 해석에 적용하였을 때 S-A IDDES에 버금가는 정확도를 보였다.