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김용환 연구실

서울대학교 조선해양공학과

김용환 교수

Sloshing Loads

Offshore Hydrodynamics

Wave-Induced Ship Motions

김용환 연구실

조선해양공학과 김용환

김용환 연구실은 조선해양공학 분야에서 세계적으로 인정받는 선박 해양유체공학 및 구조 안전성 연구를 선도하고 있습니다. 본 연구실은 선박이 해양 환경에서 받는 다양한 유체역학적 현상, 특히 파랑 중 부가저항, 슬로싱, 선박 운동 및 조종성능, 그리고 구조체의 유탄성(하이드로엘라스티시티) 문제를 심도 있게 다루고 있습니다. 실험적 연구와 수치해석, 그리고 이론적 모델링을 유기적으로 결합하여 실제 산업 현장에서 요구하는 실질적 해답을 제시하고 있습니다. 연구실의 대표적인 연구 분야로는 파랑 중 선박의 부가저항 해석, 슬로싱 하중 및 구조 응답 분석, LNG 운반선 화물창의 안전성 평가, 그리고 디지털 트윈 기반의 선박 운항 성능 예측 등이 있습니다. 다양한 실험 장비와 첨단 계측 기술, 그리고 CFD, BEM-FEM, 머신러닝 등 최신 해석 기법을 활용하여, 선박 및 해양구조물의 성능과 안전성을 정량적으로 평가하고 최적화하는 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 슬로싱 현상에 대한 연구는 국내외 조선소 및 해양플랜트 산업과의 긴밀한 산학협력을 통해 실질적 기술 이전과 산업적 파급효과를 창출하고 있습니다. 다양한 스케일의 모형 실험, 고속 카메라 및 압력 센서 계측, 그리고 데이터 기반 인공지능 모델 개발을 통해 LNG 화물창의 구조 안전성 및 피로 수명 예측 기술을 고도화하고 있습니다. 또한, 파랑 중 선박의 부가저항 및 조종성능 해석, 선체 형상 최적화, 디지털 트윈 기반 실시간 운항 성능 예측 등 미래형 친환경·스마트 선박 개발을 위한 핵심 원천기술 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 국제 환경규제 대응, 연료 절감, 운항 효율 향상 등 조선해양산업의 지속가능한 발전에 크게 기여하고 있습니다. 김용환 연구실은 다수의 국내외 연구과제, 특허, 학술상 수상, 그리고 국제 학회 발표 등 활발한 학술 및 산업 활동을 통해 조선해양공학 분야의 혁신을 이끌고 있습니다. 앞으로도 첨단 해양유체공학 및 구조 안전성 연구를 통해 글로벌 조선해양산업의 미래를 선도할 것입니다.

Sloshing Loads
Offshore Hydrodynamics
Wave-Induced Ship Motions
선박 해양유체공학 및 부가저항 해석
선박 해양유체공학은 선박이 해양 환경에서 받는 다양한 유체역학적 현상과 그에 따른 선박의 운동, 저항, 안정성 등을 연구하는 학문입니다. 본 연구실은 특히 파랑 중 선박의 부가저항 해석에 중점을 두고 있습니다. 부가저항은 선박이 파랑을 받으면서 추가적으로 발생하는 저항으로, 실제 운항 효율과 연료 소비에 큰 영향을 미칩니다. 이를 정밀하게 예측하기 위해 실험적 방법과 수치해석, 그리고 다양한 이론적 모델을 통합적으로 활용하고 있습니다. 연구실에서는 Rankine 패널법, 직교격자 기반 수치해석, 슬렌더 바디 이론 등 다양한 해석 기법을 적용하여 선박의 부가저항을 예측하고, 실험 데이터와의 비교를 통해 신뢰성을 검증합니다. 또한, 선체 형상 변화, 적재 상태, 파랑 조건 등 다양한 변수에 따른 부가저항의 민감도 분석을 수행하여, 실제 선박 설계 및 운항에 적용 가능한 실질적 해답을 제시하고 있습니다. 최근에는 인공지능 및 머신러닝 기법을 활용하여 실시간 예측 및 최적화 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 친환경·스마트 선박 개발, 운항 효율 향상, 연료 절감, 그리고 국제 환경규제 대응 등 산업적 요구에 부합하는 실질적 성과로 이어지고 있습니다. 더불어, 디지털 트윈 기반의 선박 성능 예측, 실시간 해상 환경 계측 데이터 활용 등 미래 지향적 연구도 함께 추진하여, 조선해양공학 분야의 선도적 역할을 수행하고 있습니다.
슬로싱 현상 및 LNG 운반선 화물창 구조 안전성
슬로싱(sloshing)은 액체 화물창 내부에서 발생하는 액체의 불규칙한 운동으로, LNG 운반선 등 액체 화물선의 설계와 안전성 평가에서 매우 중요한 이슈입니다. 본 연구실은 다양한 실험적 방법과 수치해석 기법을 통해 슬로싱에 의한 충격 하중, 구조 응답, 피로 손상 등을 체계적으로 분석하고 있습니다. 특히, 다양한 스케일의 모형 실험, 고속 카메라 및 압력 센서 계측, PIV(입자 영상 유속계) 기법 등을 활용하여 실제 운항 조건을 모사한 정밀 실험을 수행합니다. 수치해석 측면에서는 CFD(전산유체역학), BEM-FEM(경계요소-유한요소 연성해석), CIP 기반 방법 등 첨단 해석 기법을 적용하여 슬로싱 유동과 구조체의 상호작용을 정밀하게 예측합니다. 또한, 실험 데이터 기반의 인공지능 모델을 개발하여, 다양한 운항 조건과 화물창 형상에 따른 슬로싱 하중을 신속하게 예측할 수 있도록 연구하고 있습니다. 이러한 연구는 LNG 화물창의 구조 설계, 신뢰성 평가, 피로 수명 예측, 그리고 국제 규격 대응에 필수적인 기술로 자리매김하고 있습니다. 최근에는 슬로싱 하중의 이상치(outlier) 분석, 기체-액체 밀도비 및 상변화 효과, 다양한 탱크 형상 및 내부 구조물(벌크헤드, 링 등)의 영향 등 실제 산업 현장에서 요구되는 복잡한 문제에 대한 해답을 제시하고 있습니다. 이를 통해 LNG 운반선 및 해양플랜트의 안전성 향상과 설계 최적화에 기여하고 있습니다.
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Study on Hydroelastic Responses of Membrane-Type LNG Cargo Containment Structure under Impulsive Sloshing Loads of Different Media
김용환, Park Cheon-Jin, Lee Jeoung-Kyu
Journal of Marine Science and Engineering, 202410
2
Estimation of Significant Wave Height Using Wave-Radar Images
김용환, Lee Jae-Hoon, Nam Yoon-Seo, Lee Jaehak, Liu Yuming
Journal of Marine Science and Engineering, 202407
3
Analysis of turning ability of large tankers with and without bulbous bow in calm sea and waves
김용환, Kim Byung-Soo, Yang Heesuk, Kim Taeyoung, Kim Jinhae
APPLIED OCEAN RESEARCH, 202407
1
LNG 극저온 화물창 소재 및 구조체의 성능평가 기술개발사업
산업통상자원부
2024년 ~ 2024년 12월
2
함재기 운용함정 내항성능 수치 해석 및 내항 시뮬레이션 가시화를 위한 파랑장 모사 기술 연구 용역
한국해양과학기술원부설 선박해양플랜트연구소
2021년 02월 ~ 2024년 02월
3
해양플랜트 창의인재 양성사업단
교육부
2020년 03월 ~ 2020년 08월