캐비테이션에 대해서 자료
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캐비테이션에 대해서
캐비테이션에 대해서
1. 공동현상(Cavitation) 이란?
물이나 유체가 고속으로 흐를 때, 부분적으로 저압이 되면서 물이 기화되고 기포가 발생되는 현상을 캐비테이션이라 한다. 이렇게 발생된 캐비테이션 기포는 금속을 쉽게 산화시키고 이로 인해 마모가 심하게 발생하는데, 이러한 현상을 통틀어 캐비테이션이라 한다. 선박의 프로펠러, 엔진 워터펌프의 임펠러, 냉각수 통로등에서 발생한다.
■ 이론적 설명
캐비테이션이란 물이 압력 강하나 온도 상승으로 액체에서 기체로 바뀌는 현상을 말한다. 스크루형 추진기가 엔진에 의해 회전하면 물을 뒤로 밀어내게 되고 그 반작용으로 추진력이 생겨 선박을 전진시킨다. 프로펠러는 여러개의 날개를 갖고 있고 이 날개들이 회전하면 한쪽 면은 물을 뒤로 밀어내고 다른 면은 앞쪽의 물을 빨아들이게 된다. 물을 밀어내는 면은 압력이 높아지고, 빨아들이는 면은 압력이 강하하여 앞뒤간의 압력차가 발생하게 되고 전진 방향으로 추진력을 받게 된다. 프로펠러가 움직일 때에 Propeller 주위에서 압력이 급강하하게 되면 온도의 변화가 아닌 압력 변화에서 기인하는 물의 상변화가 발생하게 되는데 이를 캐비테이션 현상이라 한다. 대형 선박이나 고속선의 경우 통상의 운항 속도에서도 추진기에 큰 추력이 요구된다.
2. 공동현상(Cavitation)의 발생과정
cavitation은 주로 원심 펌프, 수력 터빈, 해상용 프로펠러에서 주로 발생한다. 선박의 프로펠러를 예로 들자면, 프로펠러가 엔진에 의해 회전하면 물은 뒤로 밀어내게 되고 그 반작용으로 추진력이 생겨 선박을 움직이게 한다. 이 원리를 자세히 보자면, 프로펠러는 여러 개의 날(blade)을 가지고 있으며 이 날들은 회전면과 각을 갖고 있어, 프로펠러가 회전하면 날의 한쪽 면은 물을 뒤로 내밀고 반대면 은 앞쪽의 물을 빨아들이게 된다. 물을 밀어내는 날개면은 압력이 높아지고, 빨아들이는 쪽은 낮은 압력이 되어 흡입력을 받게 된다. 이러한 이유에 프로펠러가 회전하면 날의 압력 차이가 발생하고 전진 방향으로 힘을 받게 되어 추진력이 생기게 된다. 그러나 고속 회전 시에 큰 압력차가 생기고, 이로 인해 cavitation은 발생된다. 발생한 기포는 압력이 높은 부분에 이르면 급격히 부서져 소음이나 진동의 원인이 되며, 터빈이나 프로펠러의 효율을 떨어뜨린다. 또 기포가 사라져 없어질 때 기포의 부피가 급격히 축소됨에 따라 그 부분의 압력이 매우 커지며, 그것이 날개를 침식시키는 원인이 된다. 공동현상에 의한 이러한 침식을 점침식(點侵蝕)이라고 하며, 자잘한 알갱이에 의한 일반적인 침식과는 구별된다.
■ 캐비테이션의 영향
① 캐비테이션의 생성 ? 성장 ? 붕괴 ? 소멸의 과정에서 수증기가 순간적으로 축소하면서 강한 충격력이 추진기 날개면에 가해지고 이는 추진기의 침식을 유발함.
② 주기적인 케비테이션의 발생과 소멸은 선체 표면에 변동 압력을 가하여 선체 진동 및 소음 유발
③ 추진 효율이 급격히 떨어져 추진 성능이 저하
④ 공회전으로 인한 모터의 소손
⑤ Rudder, Shaft, Hull, Strut 등 선미 구조물에 충격
⑥ 수중 방사 소음 유발로 군함에 있어서 소나 피탐율 증가 야기
3. 공동현상(Cavitation)의 종류
1. 얇은층 공동 현상 (Sheet Cavitation)
- 날개 앞날에서부터 시작하여 얇은층 형상으로 발생. 일반적으로 안정적이지만 공동 체적의 변화가 선체 진동의 주요 원인이 된다.
2. 기포형 공동 현상 (Bubble Cavitation)
- 고속 프로펠러의 경우 프로펠러의 날개가 비교적 두껍고, 받음각이 작은 날개의 경우에 날개의 최대 두께 위치 근처에서 공동현상이 발생한다. 이는 매우 불안정하여 프로펠러의 성능 저하와 날개 표면의 침식 등 손상의 원인이 된다.
3. 앞면 공동 현상 (Face Cavitation)
- 날개의 받음각이 작거나 음의 값을 가질때, 날개 앞면 앞날 근처에 공동현상이 발생하며 주로 허브 가까리의 날개 단면에서 많이 관찰됨. 날개 침식의 주요 원인중의 하나.
4. 줄꼴 공동 현상 (Streak Cavitation)
- Chord 방향으로 길게 뻗어나오는 형태이며 주로 날개 결함에서 기인한다.
5. Chord Cavitation
- 불안정한 Sheet Cavitation의 후반부에 뿌옇게 발생한다.
6. Vortex Cavitation
- Vortex Core의 낮은 압력에서 기인한다.
4. 공동현상(Cavitation) 개선 방법
- 포로펠러 설계시 고려사항은 날개수, 직경, 피치비, 확장면적비이고 나머지 여러 가지의 변수들은 자동으로 결정이 된다.
① 날개수
- 날개수는 진동에 깊은 관여를 하는데 진동의 관점에서 안정하다고 판정되면, 효 율의 관점에서 적은 날개수를 사용. 날개수가 적어지면 확장면적비가 적어지고, 확장면적비가 적어지면 캐비테이션 발생 증가.
② 직경
- 날개끝 간극은 일반적으로 프로펠러 직경의 20%보다 크도록 설계. 그러나 날개 끝 간격을 키우기 위하여 반경을 너무 줄이면 회전수가 커지고, 캐비테이션수가 작아진다.
(변동압력이 선체에 미치는 영향은 일반적으로 날개끝 간극의 역수에 비례)
③ 피치
- 피치분포는 반류분포가 고려된 프로펠러 설계를 수행
날개끝의 과도한 하중은 심한 캐비테이션을 유발하여 효율을 저하, 진동 및 부식의 원인이 될 수 있다. 날개 끝 하중의 감소로 날개끝 보오텍스 캐비테이션의 발생을 억제할 수 있음
④ 확장면적비
- 확장면적비가 증가하면 점성저항의 영향으로 토크가 증가하고 효율이 감소하며, 확장면적비가 적으면 캐비테이션의 발생의 가능성이 높아지고 나쁜 영향의 가능 성이 증가하므로 효율고 캐비테이션을 동시에 고려하여 확장면적비 결정
4. 공동현상(Cavitation) 조사 느낀점
이번 조사를 통하여 공동 현상의 심각성을 모르고 있었다. 하지만 이번에 조사하면서 작은 기포가 터빈이나 프로펠러의 날개에 큰 영향을 준다는
자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?pk=11042461&sid=sanghyun7776&key=
[문서정보]
문서분량 : 4 Page
파일종류 : HWP 파일
자료제목 : 캐비테이션에 대해서
파일이름 : 캐비테이션에 대해서.hwp
키워드 : 캐비테이션,대해서,캐비테이션에
자료No(pk) : 11042461
캐비테이션에 대해서
캐비테이션에 대해서
1. 공동현상(Cavitation) 이란?
물이나 유체가 고속으로 흐를 때, 부분적으로 저압이 되면서 물이 기화되고 기포가 발생되는 현상을 캐비테이션이라 한다. 이렇게 발생된 캐비테이션 기포는 금속을 쉽게 산화시키고 이로 인해 마모가 심하게 발생하는데, 이러한 현상을 통틀어 캐비테이션이라 한다. 선박의 프로펠러, 엔진 워터펌프의 임펠러, 냉각수 통로등에서 발생한다.
■ 이론적 설명
캐비테이션이란 물이 압력 강하나 온도 상승으로 액체에서 기체로 바뀌는 현상을 말한다. 스크루형 추진기가 엔진에 의해 회전하면 물을 뒤로 밀어내게 되고 그 반작용으로 추진력이 생겨 선박을 전진시킨다. 프로펠러는 여러개의 날개를 갖고 있고 이 날개들이 회전하면 한쪽 면은 물을 뒤로 밀어내고 다른 면은 앞쪽의 물을 빨아들이게 된다. 물을 밀어내는 면은 압력이 높아지고, 빨아들이는 면은 압력이 강하하여 앞뒤간의 압력차가 발생하게 되고 전진 방향으로 추진력을 받게 된다. 프로펠러가 움직일 때에 Propeller 주위에서 압력이 급강하하게 되면 온도의 변화가 아닌 압력 변화에서 기인하는 물의 상변화가 발생하게 되는데 이를 캐비테이션 현상이라 한다. 대형 선박이나 고속선의 경우 통상의 운항 속도에서도 추진기에 큰 추력이 요구된다.
2. 공동현상(Cavitation)의 발생과정
cavitation은 주로 원심 펌프, 수력 터빈, 해상용 프로펠러에서 주로 발생한다. 선박의 프로펠러를 예로 들자면, 프로펠러가 엔진에 의해 회전하면 물은 뒤로 밀어내게 되고 그 반작용으로 추진력이 생겨 선박을 움직이게 한다. 이 원리를 자세히 보자면, 프로펠러는 여러 개의 날(blade)을 가지고 있으며 이 날들은 회전면과 각을 갖고 있어, 프로펠러가 회전하면 날의 한쪽 면은 물을 뒤로 내밀고 반대면 은 앞쪽의 물을 빨아들이게 된다. 물을 밀어내는 날개면은 압력이 높아지고, 빨아들이는 쪽은 낮은 압력이 되어 흡입력을 받게 된다. 이러한 이유에 프로펠러가 회전하면 날의 압력 차이가 발생하고 전진 방향으로 힘을 받게 되어 추진력이 생기게 된다. 그러나 고속 회전 시에 큰 압력차가 생기고, 이로 인해 cavitation은 발생된다. 발생한 기포는 압력이 높은 부분에 이르면 급격히 부서져 소음이나 진동의 원인이 되며, 터빈이나 프로펠러의 효율을 떨어뜨린다. 또 기포가 사라져 없어질 때 기포의 부피가 급격히 축소됨에 따라 그 부분의 압력이 매우 커지며, 그것이 날개를 침식시키는 원인이 된다. 공동현상에 의한 이러한 침식을 점침식(點侵蝕)이라고 하며, 자잘한 알갱이에 의한 일반적인 침식과는 구별된다.
■ 캐비테이션의 영향
① 캐비테이션의 생성 ? 성장 ? 붕괴 ? 소멸의 과정에서 수증기가 순간적으로 축소하면서 강한 충격력이 추진기 날개면에 가해지고 이는 추진기의 침식을 유발함.
② 주기적인 케비테이션의 발생과 소멸은 선체 표면에 변동 압력을 가하여 선체 진동 및 소음 유발
③ 추진 효율이 급격히 떨어져 추진 성능이 저하
④ 공회전으로 인한 모터의 소손
⑤ Rudder, Shaft, Hull, Strut 등 선미 구조물에 충격
⑥ 수중 방사 소음 유발로 군함에 있어서 소나 피탐율 증가 야기
3. 공동현상(Cavitation)의 종류
1. 얇은층 공동 현상 (Sheet Cavitation)
- 날개 앞날에서부터 시작하여 얇은층 형상으로 발생. 일반적으로 안정적이지만 공동 체적의 변화가 선체 진동의 주요 원인이 된다.
2. 기포형 공동 현상 (Bubble Cavitation)
- 고속 프로펠러의 경우 프로펠러의 날개가 비교적 두껍고, 받음각이 작은 날개의 경우에 날개의 최대 두께 위치 근처에서 공동현상이 발생한다. 이는 매우 불안정하여 프로펠러의 성능 저하와 날개 표면의 침식 등 손상의 원인이 된다.
3. 앞면 공동 현상 (Face Cavitation)
- 날개의 받음각이 작거나 음의 값을 가질때, 날개 앞면 앞날 근처에 공동현상이 발생하며 주로 허브 가까리의 날개 단면에서 많이 관찰됨. 날개 침식의 주요 원인중의 하나.
4. 줄꼴 공동 현상 (Streak Cavitation)
- Chord 방향으로 길게 뻗어나오는 형태이며 주로 날개 결함에서 기인한다.
5. Chord Cavitation
- 불안정한 Sheet Cavitation의 후반부에 뿌옇게 발생한다.
6. Vortex Cavitation
- Vortex Core의 낮은 압력에서 기인한다.
4. 공동현상(Cavitation) 개선 방법
- 포로펠러 설계시 고려사항은 날개수, 직경, 피치비, 확장면적비이고 나머지 여러 가지의 변수들은 자동으로 결정이 된다.
① 날개수
- 날개수는 진동에 깊은 관여를 하는데 진동의 관점에서 안정하다고 판정되면, 효 율의 관점에서 적은 날개수를 사용. 날개수가 적어지면 확장면적비가 적어지고, 확장면적비가 적어지면 캐비테이션 발생 증가.
② 직경
- 날개끝 간극은 일반적으로 프로펠러 직경의 20%보다 크도록 설계. 그러나 날개 끝 간격을 키우기 위하여 반경을 너무 줄이면 회전수가 커지고, 캐비테이션수가 작아진다.
(변동압력이 선체에 미치는 영향은 일반적으로 날개끝 간극의 역수에 비례)
③ 피치
- 피치분포는 반류분포가 고려된 프로펠러 설계를 수행
날개끝의 과도한 하중은 심한 캐비테이션을 유발하여 효율을 저하, 진동 및 부식의 원인이 될 수 있다. 날개 끝 하중의 감소로 날개끝 보오텍스 캐비테이션의 발생을 억제할 수 있음
④ 확장면적비
- 확장면적비가 증가하면 점성저항의 영향으로 토크가 증가하고 효율이 감소하며, 확장면적비가 적으면 캐비테이션의 발생의 가능성이 높아지고 나쁜 영향의 가능 성이 증가하므로 효율고 캐비테이션을 동시에 고려하여 확장면적비 결정
4. 공동현상(Cavitation) 조사 느낀점
이번 조사를 통하여 공동 현상의 심각성을 모르고 있었다. 하지만 이번에 조사하면서 작은 기포가 터빈이나 프로펠러의 날개에 큰 영향을 준다는
자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?pk=11042461&sid=sanghyun7776&key=
[문서정보]
문서분량 : 4 Page
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자료제목 : 캐비테이션에 대해서
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키워드 : 캐비테이션,대해서,캐비테이션에
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