• 대한조선학회논문집
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• 제43권2호
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• pp.177-185
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• 2006

Cavitation is the dominant noise source of the marine vehicle. Of the various types of cavitation , tip vortex cavitation is the first appearance type of marine propeller cavitation and it generates high frequency noise. In this study, tip vortex cavitation behavior and noise are numerically investigated. A numerical scheme using Eulerian flow field computation and Lagrangian particle trace approach is applied to simulate the tip vortex cavitation on the hydrofoil. Vortex flow field is simulated by combined Moore and Saffman's vortex core radius equation and Sculley vortex model. Tip vortex cavitation behavior is analyzed by coupled Rayleigh-Plesset equation and trajectory equation. The cavitation nuclei are distributed and released in the vortex flow result. Vortex cavitation trajectories and radius variations are computed according to nuclei initial size. Noise is analyzed using time dependent cavitation bubble position and radius data. This study may lay the foundation for future work on vortex cavitation study and it will provide a basis for proper underwater propeller noise control strategies.

• 대한조선학회논문집
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• 제47권6호
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• pp.770-775
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• 2010

As considerable interests in noise emission from the ships have been increased, control of the propeller cavitation generating vibration and radiating noise is looming large. In general, the tip vortex cavitation is first produced in case of full scale propellers, and noise levels rise dramatically from that moment. In order to reduce induced noise from the tip vortex cavitation and hence increase the cavity inception speed, we propose the mass injection method. Water injected from the propeller tip decreases rotating speed of the tip flow, and it restrains growing the tip vortex cavity. Experimental investigations of the model tests carried out in a large cavitation tunnel show that the tip vortex cavitation is effectively controled by water injection from the propeller tip.

• 대한조선학회논문집
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• 제36권1호
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• pp.37-46
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• 1999

덕트 로터 추진장치에서 덕트와 로터 날개끝 사이의 간극변화가 날개끝 보오텍스 캐비테이션 초기발생 특성에 미치는 영향을 실험적으로 연구하였다. 허브 보오텍스 캐비테이션과 날개끝 보오텍스 캐비테이션 초기발생특성의 상관관계를 살펴보기 위해서 추진장치 하류에서 축방향과 원주방향유속을 L.D.V.로 계측하였다. 날개끝 및 허브 보오텍스 캐비테이션 초기발생 관찰결과와 유속분포로부터 해석된 유동변화가 정성적으로 잘 일치하고 있으며, 날개끝 보오텍스 캐비테이션 초기발생 지연을 최대화할 수 있는 최적의 간극량을 도출하였다.

• 한국음향학회지
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• 제37권6호
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• pp.387-395
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• 2018

본 논문은 추진기 모형시험을 이용하여 추진기 날개 끝 보텍스 캐비테이션의 소음특성 및 추진기 캐비테이션 초생 (propeller cavitation inception) 분석에 관한 연구이다. 날개 끝 보텍스 캐비테이션은 일반적으로 추진기에서 가장 먼저 발생하는 캐비테이션으로 발생 유무에 따라 수중방사소음 수준과 특성이 달라진다. 특히 캐비테이션 초생 이후 선속이 높아짐에 따라 급격하게 소음수준이 증가한다고 알려져 있다. 그러므로 함정 추진기에서 날개 끝 보텍스 캐비테이션 발생을 지연시키는 것과 더불어 추진기 캐비테이션의 소음특성을 분석하고 캐비테이션 초생을 판단하는 것 역시 함정 및 수중무기체계의 추진기 개발에 있어 매우 중요한 문제라 할 수 있다. 본 연구는 추진기 날개 끝 보텍스 캐비테이션의 발생과 성장에 따른 소음특성 변화를 분석하고 다양한 영상-소음 계측 및 분석기법을 활용하여 추진기 캐비테이션 초생 판단기법을 제시하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.84-93
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• 1994

본 연구에서는 NACA0012단면을 갖는 타원형날개끝 캐비테이션과 유기소음특성에 미치는 표면거칠기의 영향이 실험적으로 조사되었다. 사용한 표면거칠기는 조도 $200{\mu}m$의 입자로서, 날개끝 3cm 구간에 부착하였다. 또한 날개끝과 앞날에 각각 3cm의 거칠기를 준 경우도 별도로 조사되었다. 캐비테이션 발생시험 결과 캐비테이션 초기발생위치는 실험한 받음각 범위에서 날개끝으로부터 대략 1/2 코오드정도 후류이며, 캐비테이션 수가 감소함에 따라 변화하는 형상을 보였다. 날개끝 캐비테이션에 의한 소음은 주파수 3-50kHs사이의 비교적 고주파수에서 음압이 증가하는 양상을 보였으나, 더 낮은 캐비테이션수에서 날개 앞날 캐비테이션으로 확장되면 전 주파수 범위에 걸쳐서 소음이 증가하었다. 캐비테이션과 소음발생은 표면거칠기가 증가할때 개선되는 경향을 보였으나 그 차이는 크지않았다. 날개 앞날과 끝날에 거칠기를 준 경우가 낮은 캐비테이션수에서 다소 유리한 캐비테이션 특성을 보여준 반면 양력-항력비의 감소에 따른 문제점도 지적되었다.

• Journal of Ship and Ocean Technology
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• 제7권3호
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• pp.13-33
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• 2003

This paper presents a numerical study on tip vortex cavitation inception predictions based on non-spherical bubble dynamics including splitting and jet noise emission. A brief summary of the numerical method and its validation against a laboratory experiment are presented. The behavior of bubble nuclei is studied in a tip vortex flow field at two Reynolds numbers, provided by a viscous flow solver. The bubble behavior is simulated by an axisymmetric potential flow solver with the effect of surrounding viscous flow taken into account using one way coupling. The effects of bubble nucleus size and Reynolds number are studied. An effort to model the bubble splitting at lower cavitation numbers is also described.

• 한국음향학회지
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• 제39권2호
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• pp.77-86
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• 2020

본 연구에서는 날개 끝 와류 공동(Blade-Tip Vortex Cavitation, BTVC)과 이에 기인한 유동 소음을 예측하기 위하여 Eulerian/Lagrangian 연성 해석기법을 제안하였다. 제안한 방법은 크게 연속적인 4단계로 구성되며, 각각 전산유체역학을 이용한 유동장 모사, 와류모델을 이용한 날개 끝 와류의 재구성, 기포 동역학 모델을 이용한 BTVC의 생성, 그리고 음향상사법을 이용한 음향파 예측이다. 일반적으로 전산유체역학 자체가 지니는 고유한 수치감쇠와 과도한 난류 강도로 인해 와류 강도를 심각하게 작게 예측하므로, 유동방향의 날개 끝 와류는 와류모델을 사용하여 재생하였다. 다음으로 Reyleigh-Plesset 방정식에 기반한 기포 동역학 모델을 사용하여 BTVC의 발생과 변화를 모사하였다. 마지막으로 BTVC에 의한 유동소음을 각각의 구형 버블을 그 부피 시간변화율의 변화율에 크기가 비례하는 홀극원으로 모델링하여 예측하였다. 제안한 수치 방법의 유효성을 예측값과 측정값을 비교하여 검토하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제51권3호
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• pp.259-264
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• 2014

Tip vortex cavitation (TVC) is important for naval ships and research vessels that require raising the cavitation inception speed to maximum possible values. The concepts for alleviating the tip vortex are summarized by Platzer and Souders (1979), who carried out a thorough literature survey. Active control of TVC involves the injection of a polymer or water from the blade tip. The main effect of such mass injection (both water and polymer solutions) into the vortex core is an increase in the core radius, consequently delaying TVC inception. However, the location of the injection port needs to be selected with great care in order to ensure that the mass injection is effective in delaying TVC inception. In the present study, we propose a semi-active control scheme that is achieved by attaching a thread at the propeller tip. The main idea of a semi-active control is that because of its flexibility, the attached thread can be sucked into the low-pressure region closer to the vortex core center. An experimental study using a scale model was carried out in the cavitation tunnel at the Seoul National University. It was found that a flexible thread can effectively suppress the occurrence of TVC under the design condition for a model propeller.

• 대한조선학회논문집
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• 제48권6호
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• pp.501-508
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• 2011

In order to control the tip vortex cavitation occurring around the tip of a rotating propeller blade, researches on the propeller cavitation and blade tip vortex flows have been increased. In this paper, the propeller tip vortex flow for a blunt and sharp tips was studied using an unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations solver based on a cell-centered finite volume method. In numerical open water test, torques, thrusts, pressure distributions and vortex flows were compared for various rotating speeds. To consider a hull wake, the nominal wake was specified in inlet boundary condition. Pressure distributions and vortex flows with the hull wake were investigated for various propeller rotating angles. From the results, it was confirmed that the blunt tip propeller delayed the tip vortex flow.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제8권3호
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• pp.219-227
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• 2016

Numerical simulation based on the Reynolds Averaged Naviere-Stokes (RANS) Computational Fluid Dynamics (CFD) method had been carried out with the commercial code ANSYS CFX. The structured grid and SST $k-{\omega}$ turbulence model had been adopted. The impact of non-condensable gas (NCG) on cavitation performance had been introduced into the Schnerr and Sauer cavitation model. The numerical investigation of cavitating flow of marine propeller E779A was carried out with different advance ratios and cavitation numbers to verify the numerical simulation method. Tip clearance effects on the performance of pumpjet propulsor had been investigated. Results showed that the structure and characteristics of the tip leakage vortex and the efficiency of the propulsor dropped more sharply with the increase of the tip clearance size. Furthermore, the numerical simulation of tip clearance cavitation of pumpjet propulsor had been presented with different rotational speed and tip clearance size. The mechanism of tip clearance cavitation causing a further loss of the efficiency had been studied. The influence of rotational speed and tip clearance size on tip clearance cavitation had been investigated.