Experimental Study on Reducing Lateral Force on Circular Cylinder Using Strings

Dong-Il Baek, Hyo-Jae Jo, Min-Jun Lee, Jae-Hwan Lim, Tae-Kyung Lee, Jae-Heui Kim, Tae-Won Oh
2018 한국해양공학회지  
1. 서 론 최근 계속되는 유가상승과 해양 개발사업의 발달로 인해 해 양플랜트 발주물량이 지속적으로 늘어날 것이라 전망된다. 이 에 석유와 가스를 시추하는데 필요한 Umbilical, Riser, Spar 등 과 같은 원형실린더 형상 구조물의 수요 또한 증가할 것이라 예측된다. 이러한 원형실린더 형상 구조물은 횡단면이 둥근 형 상을 가지며 일정한 유속이 가해지면 주기적으로 비대칭적인 Vortex shedding 현상이 발생하게 된다(Park, 2017). Vortex shedding 현상으로 원형실린더 형상 구조물은 지속적으로 진동을 수반하 게 되고, 이를 VIV(Vortex induced vibration)라 한다. VIV 응답은 비선형적인 운동특성을 가지며, 원형실린더 형상 구조물에 반 복적인 하중을 유발하여 구조적 피로손상을 발생시키는 원인이 된다. 따라서 VIV 응답은 원형실린더 형상 구조물을 설계할 때 주요 고려대상이 된다. 뿐만 아니라 원형실린더 형상 구조물의  
more » ... 원형실린더 형상 구조물의   (Natural frequency)과   (Vortex shedding frequency)의 비가 1 에 근접할수록 VIV 응답이 커지고   과   의 비가 1이 될 경우 공진응답의 일종인 Lock-in 현상이 발생하게 된다. 이러한 VIV 현상을 감소시키기 위하여 Strake, Streamlined fairing 등의 저감장치가 사용되고 있다. 그러나 Strake의 경우 제작 및 조립이 용이하지 않고, 구조물의 무게를 증가시키는 단 점이 있으며, Streamlined fairing의 경우는 고가의 시공비가 발생 하는 단점이 있다. 관련 주요연구로 VIV 현상에 대한 분석을 한 Jung and Yoon (2015)은 Reynolds number()가 와류 감쇠에 미치는 영향에 대해 분석하고 나선형 해양구조물 주위 유동에 대한 연구를 하였고, Kim(2010)은 Riser의 VIV 현상의 수치해석 방법에 대해 연구를 하였다. Son(2010)은 실린더에 필름을 부착하여 와동으로 인한 영향 을 줄이는 실험을 진행하였다. 그러나 최근 국내에서 Son(2010) 의 연구 외에는 VIV 저감에 관한 모형실험은 활발하지 않다. ABSTRACT: Recently, it was predicted that the size of offshore markets will grow as gas prices edge up. This paper presents experimental results for using strings as a suppression device on a circular cylinder and discusses the various data. A test model was used to investigate the role of strings by varying the thickness of the strings used to suppress a cylinder's lateral force taking into account the effect of turbulence promoted. A substantial amount of experimental data were taken from experiments performed on cylinders at Reynolds number up to a maximum value of 10 5 . The suppression of vortex shedding and a lateral force reduction of up to 70% were observed for the cylinder with strings. This is an open access article distributed under the terms of the creative commons attribution non-commercial license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
doi:10.26748/ksoe.2018.6.32.4.237 fatcat:2wj7fsyhyzanpcccn7iq2xkuae