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An Experimental Study on the Measurement of Water Surface Discharge Temperature of High-Temperature Bubble Injected into Cylindrical Acrylic Water Tank

원통 아크릴 수조로 주입된 고온 기포의 수면 배출 온도 측정에 관한 실험적 연구

  • 윤석태 (동의대학교 부설 함정적외선신호연구소) ;
  • 조용진 (동의대학교 조선해양공학과)
  • Received : 2023.10.31
  • Accepted : 2023.11.17
  • Published : 2023.12.31

Abstract

Submarines, which require a high degree of survivability, are among the most critical combat weapon systems in military strategic assets. Conventional submarines need air to operate their propulsion systems. Exhaust gases released into the water during snorkel navigation heat the surrounding fluid, producing a temperature wake. This wake, in turn, reduces the submarine's survivability. In this study, we conducted a preliminary experiment on the temperature traces formed by an underwater submarine's waste discharge. For this purpose, we collected propulsion system and navigation condition data from domestically introduced submarines and developed an experimental system to measure the temperature traces. As a result, we observed that high-temperature bubbles injected into the tank broke down into smaller sizes, and their temperature dropped to levels similar to the surrounding fluid. This observation was confirmed using a thermocouple sensor. Consequently, the thermal imaging system designed to measure the temperature trace of the water's surface did not detect any significant temperature traces.

고도의 생존성이 요구되는 잠수함은 군의 전략자산에서 가장 중요한 전투 무기체계 중 하나이다. 일반적인 재래식 잠수함은 추진시스템을 작동하기 위해 공기가 필요해 필연적으로 스노클 항해를 하며 잠수함 내부로 공기를 공급해야 한다. 그리고 스노클 항해 시 수중으로 배출된 폐기 가스는 주변 유체를 가열해 온도 항적을 형성하고 결과적으로 잠수함의 생존성을 감소시킨다. 본 연구에서는 수중 잠수함의 폐기로 인해 형성된 수면의 온도 항적에 관한 기초 실험 연구를 수행하였다. 이를 위해 국내 도입된 잠수함의 추진시스템과 항해 조건 자료를 수집하였으며, 온도 항적을 계측하기 위한 실험 시스템을 구현하였다. 실험 결과 수조로 주입된 고온 기포는 작은 크기로 부서져 주위를 둘러싼 유체와 유사한 수준으로 온도가 감소하였으며, 이를 열전대 센서로 확인하였다. 그리고 수면의 온도 항적을 계측하기 위한 열화상 시스템의 결과에서도 온도 항적은 계측되지 않았다.

Keywords

References

  1. B. R. Munson, A. P. Rothmayer, T. H Okiishi and W. W. Huebsch, Fundamentals of Fluid Mechanics : 7th Edition, John wiley & Sons inc.
  2. G. H. Lee, S. T. Yoon, Y. J. Cho, (2023). A Feasibility Study on the Estimation of a Ship's Susceptibility Based on the Effectiveness of its Anti-Air Defense Systems, Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 60(1), 57-64. https://doi.org/10.3744/SNAK.2023.60.1.57
  3. I. E. L. Neto, D. Z. Zhu, N. Rajaratnam (2008). Bubbly jets in stagnant water, International journal of multiphase flow, https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2008.06.005
  4. P. K. Jha, K. Karunamurthy, J. Das, R. Malik. (2016). Study of Exhaust Gas Temperature of SI Engine using Water Injection, India Journal of Science and Technology, 9(35).
  5. S. J. Yi, J. W. Kim, H. D. Kim, K. C. Kim, (2008). Characteristics of Bubble-driven Flow by Using Time-resolved PIV and POD Technique, Journal of the Korean Society of visualization, 6(1), 41-46. https://doi.org/10.5407/JKSV.2008.6.1.041
  6. S. M. Kim, H. D. Kim, K. C. Kim, (2008). The Measurement of Bubble Driven Flow Using PIV and Digital Mask Technique, Proceedings of The Korean Society of Mechanical Engineers.
  7. T.H. Gan, P. Hanhela, W. Mazurek, R.Gillett (2010), Characteristics of submarine engine diesel particulates in the maritime environment, Journal of Aerosol Science, https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2009.09.007
  8. Y. J. Cho, (2018). A Study on the Sampling of Ocean Meteorological Data to Analyze Signature of Naval Ships, Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, 23(2), 19-28. http://dx.doi.org./10.9723/jksiis.2018.23.2.019
  9. Y. J. Cho, (2018). Sensitivity Study on the Infra-Red Signature of Naval Ship According to the Composition Ratio of Exhaust Plume, Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, 19( 4), 103-110. https://doi.org/10.5762/KAIS.2018.19.4.103