대형 컨테이너선의 선미파에서의 파라메트릭 롤 해석을 위한 점성유동계산 연구
A Study on Viscous Flow Computation for Parametric Rolling Analysis in Stern Waves of a Large Container Ship
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초록
본 연구는 IMO 2세대 복원성 기준(Second Generation Intact Stability Criteria, SGISC)에서 다루는 파라메트릭 롤 현상에 대해 전산유체역학(CFD)을 활용한 수치 해석을 수행하였다. KRISO 표준형 컨테이너선(KCS)을 대상으로 STAR-CCM+를 활용한 4자유도(surge, heave, pitch, roll) 해석을 수행하였으며, 무차원 파장비(λ/L) 0.5부터 2.2까지의 선미파 조건에서 파라메트릭 롤의 발생 특성을 분석하였다. 해석 결과, 조우 주파수와 선박의 횡동요 고유 주파수의 비가 약 1.9~2.3 범위에 위치할 때 강한 공진 효과와 함께 ±20도 이상의 큰 롤 진폭이 발생하였으며, 이 범위를 벗어난 조건에서는 안정적인 거동이 관찰되었다. CFD 해석 결과는 모형시험 결과와 정성적으로 높은 일치도를 보였고, 제안된 수치 모델의 예측 정확성과 신뢰성을 입증하였다. 본 연구는 CFD 기법이 SGISC에서 다루는 파라메트릭 롤 위험성 평가에 효과적으로 활용될 수 있음을 제시한다.
Abstract
This study conducted a computational fluid dynamics (CFD)-based numerical analysis of the parametric rolling phenomenon, as addressed in the Second-Generation Intact Stability Criteria (SGISC) proposed by the International Maritime Organization (IMO). A four-degree-of-freedom (surge, heave, pitch, and roll) simulation was conducted using STAR-CCM+ for the KRISO Standard Container Ship (KCS) under sea conditions with a range of nondimensional wavelength ratios (λ/L) from 0.5 to 2.2. Simulation results revealed that strong resonance effects and large roll amplitudes exceeding ±20 degrees occurred when the ratio of encounter frequency to the ship’s natural roll frequency was approximately 1.9 to 2.3. Outside this range, the roll motion remained stable with minimal amplitude. CFD results showed high qualitative agreement with model test data, thereby demonstrating the predictive accuracy and reliability of the proposed numerical model. These results demonstrate that the CFD approach can be effectively utilized for assessing the risk of parametric rolling within the framework of the SGISC.