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
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... atural 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
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