CFD를 활용한 해상상태별 선박의 연료소모량 예측

Abstract

한-미 녹색해운항로 구축을 위해서는 항로·계절별 해상상태를 반영한 일일연료소모량(DFOC, daily fuel oil consumption) 예측 체계가 필수적이다. 본 연구는 실증선(2027년 HMM에서 운항 예정) 자료 확보에 앞서 사전 연구로써 KCS 선형을 대상으로 파고·주기·파향에 따른 부가저항 데이터베이스를 CFD로 구축하고, 이를 항로별 해상조건과 연계하여 DFOC을 산정하는 절차를 제안한다. 기존 실무에서는 하나의 파고에서 얻은 부가저항계수를 파고 제곱()에 비례시켜 불규칙파로 확장하는 선형 접근이 널리 쓰여 왔으나, 단파장 영역에서 파고 변화에 따른 비선형성으로 인해 오차가 커지는 한계가 보고되어 왔다. 이를 보완하기 위해 본 연구는 선속별 복수 파고 및 파장비에서 직접 계산한 를 활용한다. 불규칙파에서의 평균 부가저항은 스펙트럼 적분을 이용하는 전통 방식과 해상상태별 파고？주기(H-T) 공동분포를 이용해 H-T 공간에서 (H, T)를 평균하는 단기(short-term) 통계식의 두 방법으로 추정될 수 있으며, 적용 방식에 따른 결과 차이를 검토하였다. 이렇게 얻은 평균 부가저항은 저항-추력 일치법(RTIM, resistance & thrust identity method) 절차와 결합되어 추가 유효마력/소요동력 증가분으로 변환되고, 엔진 SFOC 맵을 통해 시간격자(1h) 누적으로 일일 연료소모량이 계산된다. 이러한 RAW 중심의 CFD？DFOC 연계는 기존 CFD 기반 DFOC 사례의 해석 흐름을 따르되, 본 연구에서는 파고 다변화에 따른 비선형 영향을 데이터 자체로 반영한다는 점에서 차별성이 있다. 본 연구의 주요 성과는 다음과 같다. (1) 단일 파고 스케일링과 달리, 파고 분포 변화가 큰 구간(특히 0.7)에서 DFOC 편차를 정량화하고 보수？과소 추정 구간을 검토한다. (2) 제안 절차는 수조시험 및 기존 CFD 결과와 상호 검증 가능하고, 이후 실증선 자료로 모델 보정을 수행함으로써 녹색해운항로의 운항 의사결정(속력·항로·출력여유) 지원 기반을 제공할 것으로 기대한다.