슬로싱 액체 댐퍼를 이용한 부유식 해상 풍력 운동 저감

Abstract

슬로싱 액체 댐퍼(Sloshing Liquid Damper, SLD)는 용기내 액체의 수면 운동을 크게 일으켜 구조물의 진동 및 운동을 줄이는 장치이다. 먼저, SLD의 핵심인 슬로싱 현상에 대해 알아보기 위해 포텐셜 이론에 기반을 둔 WAMIT 수치해석코드를 사용하였고, 수평, 횡으로 운동하는 shake table을 이용하여 모형실험을 통해 탱크 내 유체의 유동 변화를 비교하고 특징을 살펴보았다. (결과쓰기). 본 연구에서는 SLD를 부유식 풍력발전기 지지구조물인 바지에 적용하였을 때 운동 저감 효과를 살펴보았다. 바지와 SLD 탱크간의 상호작용을 해석하기 위하여 앞선 슬로싱 현상과 같이 WAMIT 수치해석코드를 사용하였고, 2차원 조파수조에서의 모형실험을 통해서 수치계산 결과를 검증하였다. 수치계산과 모형실험 결과는 공진주기에서의 정량적인 값 차이를 제외하고 서로 잘 일치하였다. 탱크내 유체의 수면 운동을 허용하였을 때의 바지의 횡 운동 특성은 2개의 공진주기에서 피크 값을 갖는다는 것이다. 장주기 영역에 속한 공진주기는 기존의 슬로싱 효과 없을 때의 공진주기가 이동한 것이고 단주기 영역에 속한 공진주기는 탱크내의 1차 고유주기에서 증폭된 슬로싱 현상이 바지의 횡 운동에 준 영향이다. 본 연구에서는 SLD 탱크의 위치, 크기, 내부 액체의 깊이를 변화시켜가면서 바지의 운동성능을 살펴보았다. SLD의 설치는 바지의 횡 운동에 영향을 주므로 횡 운동변위에 민감한 부유식 풍력발전기의 효율을 향상시키는데 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

Sloshing Liquid Damper (SLD), which mounted rigidly to the structure, is used to damp the unwanted motion of various structures by allowing liquid to slosh in a tank. In present study, SLD was utilized to reduce the roll motion responses of barge, one of supporting structures of offshore wind turbine. To solve the interactions problem between the barge and SLD tank, WAMIT commercial numerical code based on potential theory was used. The numerical results were verified with experimental results, conducted at two-dimensional wave tank. The numerical prediction agrees well with experimental results except the peak values at resonant frequency. If allowing liquid to slosh in a tank, the RAO(Response Amplitude Operator)'s curve of roll motion of the barge has the double peaks at two different resonant periods, compared with one peak in case of frozen liquid. The characteristics of the roll motion of barge were investigated by changing the position, size, and filled liquid depth of SLD tank. It is found that the properly deigned SLD can help to improve the efficiency of floating offshore wind turbine, which is sensitive to the roll motion of supporting structure.