Abstract
In this paper, the friction drag force of 3D submerged body is investigated by considering the surface roughness, the first grid height, and the Reynolds number using open CFD source code, OpenFOAM 4.0. A procedure for estimating drag components by CFD code is set up and suggested in this study. In the 3D submerged body, because of the form factor in the 3D computations, the friction resistance with the small roughness of $12{\mu}m$ obtains different result with the smooth wall. As the Reynolds number increased, the boundary layer becomes thinner and the fiction resistance tends to decrease. In the computations for the effect of y+, the friction resistance and wall shear stress are excessively predicted when the y+ value deviates from the log layer. This is presumably because the boundary layer becomes thicker and the turbulence energy is excessively predicted in the nose due to the increase in y+ value. As the roughness increases, the boundary layer becomes thicker and the turbulence kinetic energy on the surface increases. From this study, the drag estimation method, considering the roughness by numerical analysis for ships or offshore structures, can be provided by using the suggested the y+ value and surface roughness with wall function.
본 논문은 3차원 축대칭 몰수체에 대해 소스 코드가 공개된 OpenFOAM 4.0을 이용하여 첫 번째 격자의 높이와 레이놀즈 수에 따른 마찰저항 변화에 대해 연구하였다. 마찰저항 계산을 위해 경계조건, 수치조건을 정립하였다. 축대칭 물체의 3차원 효과로 인해 거칠기가 매우 작은 $12{\mu}m$에서도 부드러운 표면과 비교해 마찰저항이 다르게 계산되었다. 레이놀즈 수가 커질수록 경계층의 두께 증가가 감소되었으며 이로 인해 마찰저항의 증가량이 감소되었다. 첫 번째 격자의 크기인 y+에 대한 영향에 대해서도 검토하였다. 첫 번째 격자가 log layer에 위치하고 있지 않으면 마찰저항과 표면의 전단력이 과도하게 예측되는 것을 확인하였다. 이는 경계층이 두껍게 예측되어 난류에너지가 과도하게 예측되었기 때문으로 판단된다. 표면의 거칠기가 커질수록 경계층이 두꺼워지고 표면의 난류에너지가 증가되는 것을 확인하였다. 마찰저항을 정확하게 예측하기 위해서는 y+ 값, 거칠기 및 벽함수가 적절한 영역에 위치해야 함을 알 수 있었다.
