슬로싱 (Sloshing)
한 줄 정의: 부분적으로 찬 탱크 안의 액체가 흔들리며 벽면에 충격 압력을 주는 현상입니다.
쉽게 풀면
물이 절반쯤 든 통을 들고 걸으면 물이 앞뒤로 출렁이다가 벽에 부딪힙니다. 배의 화물탱크에서도 같은 일이 일어나는데, 탱크가 크고 액체가 무거워 충격이 매우 강합니다. 특히 액체의 출렁이는 고유 주기가 선박의 횡동요 주기와 맞으면 움직임이 증폭되어 탱크 벽과 천장에 순간적으로 큰 압력이 가해집니다.
왜 중요한가
LNG운반선의 화물창은 슬로싱 하중을 견디도록 설계해야 하며, 이 하중이 부분 적재 운항 가능 범위를 결정합니다. 실제로 멤브레인형 화물창의 단열 구조 손상 사례가 보고되면서, 슬로싱 평가는 LNG선 설계 승인 과정의 핵심 절차가 되었습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"탱크 충전율 30% 조건의 모형시험에서 상부 챔퍼 영역에 최대 슬로싱 압력이 집중되는 것으로 관찰되었다."
조금 더 깊게 보면
슬로싱 압력은 매우 짧은 시간에 국부적으로 나타나고 같은 조건에서도 값이 크게 흩어지므로, 통계적 접근이 필수입니다. 실무에서는 축소 모형 탱크를 6자유도 가진 장치에 올려 장시간 계측한 뒤 극값 통계로 설계 압력을 정하고, 이를 구조 해석에 입력합니다. 기체와 액체가 섞인 상태에서 압력이 완화되는 효과 때문에 모형과 실물의 압력 환산에 불확실성이 크다는 점이 오래된 쟁점이며, 내부 격벽이나 스워시 격벽으로 유동 자체를 억제하는 설계도 병행됩니다.
주의할 점
액체 표면이 자유롭게 움직여 복원성을 떨어뜨리는 자유표면효과는 정적인 복원성 문제인 반면, 슬로싱은 동적인 충격 하중 문제라는 점에서 구분됩니다. 탱크를 가득 채우거나 완전히 비우면 슬로싱은 사실상 사라집니다.