점성저항 (Viscous Resistance)

조선해양공학
한 줄 정의: 유체의 점성에 의해 발생하는 저항으로 마찰저항과 점성압력저항(형상저항)을 포함한다.

쉽게 풀면

물속을 걸을 때 다리에 물이 끈적하게 달라붙어 걸음을 방해하는 느낌처럼, 배가 나아갈 때 물의 끈적한 성질(점성) 때문에 표면에 붙어 저항하는 힘입니다. 배 표면을 스치는 물의 마찰과, 배 뒤쪽에서 소용돌이치며 압력이 흐트러지는 것 두 가지가 합쳐진 것입니다.

왜 중요한가

선박 저항성능 예측 연구에서 점성저항은 전체 저항의 큰 비중을 차지하는 성분으로, 모형시험 결과를 실선으로 환산하는 프루드 상사법칙에서 마찰저항과 잔류저항을 분리해 다루는 이론적 근거가 됩니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

점성저항은 경계층 발달과 유동박리에 의한 압력저항을 포함하며, CFD를 이용한 점성유동 해석으로 성분별 기여도를 분석할 수 있다.

RANS 기반 CFD 해석을 통해 선미부 유동박리로 인한 점성압력저항 성분을 정량화한다.

"예인수조 모형시험에서 측정된 전체 저항을 ITTC-1957 마찰저항 공식으로 계산한 마찰저항 성분과 나머지 잔류저항 성분으로 분해하여 실선 저항을 환산하였다."

이 문장은 마찰저항을 이론식으로 분리해 모형시험 결과를 실선 규모로 환산하는 표준적 저항해석 절차를 보여줍니다.

조금 더 깊게 보면

점성저항은 다시 평판 마찰저항과 선체 형상에 기인한 점성압력저항(형상저항)으로 나뉘며, 최근에는 전산유체역학(CFD)을 이용해 이 두 성분을 실험 없이 직접 계산하는 연구도 활발합니다. 점성저항은 다시 평판 마찰저항과 선체 형상에 기인한 점성압력저항(형상저항)으로 나뉘며, 최근에는 전산유체역학(CFD)을 이용해 이 두 성분을 실험 없이 직접 계산하는 연구도 활발하다. 프루드수가 높아질수록 조파저항 비중이 커지므로, 저속 대형 유조선에서는 점성저항이 전체 저항의 80~90%를 차지하지만 고속 컨테이너선이나 여객선에서는 비중이 상대적으로 작아진다. 또 모형은 레이놀즈수가 실선보다 두세 자릿수 작아 점성저항계수가 실선보다 크게 나오므로, 이를 보정하지 않으면 실선 저항이 과대평가된다.

주의할 점

점성저항은 레이놀즈수에 의존하므로 모형과 실선의 스케일 차이를 고려하지 않고 단순 비례식으로 환산하면 오차가 커질 수 있습니다.

점성저항은 레이놀즈수에 의존하므로 모형과 실선의 스케일 차이를 고려하지 않고 단순 비례식으로 환산하면 오차가 커질 수 있다. RANS 기반 CFD 해석은 선미부 유동박리로 인한 점성압력저항 성분까지 정량화할 수 있어 최근 실무 저항 예측에서 활용이 늘고 있다.

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