예조건화 기법을 이용한 화학 반응 유동장 계산
Computation of Chemically Reacting Flows Using Preconditioned Navier-Stokes Equations
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 최윤호
- 발행년도 2004
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
연소가 사용되어지고 있는 대부분은 낮은 속도에서 이루어진다. 대표적인 예로는 산업 그리고 가정에 알맞은 용광로들, 자동추진 엔진들, 기체터빈 엔진들, 로켓 연소실들, 화염, 불꽃등이 연소에 포함된다. 우리들이 알고있는 전통적인 시간전진법은 낮은 속도에서 수렴성이 나쁘다 그러므로 예조건화 알고리듬은 시간전진법에서의 효과적인 수렴성을 얻기위해 필요하다. 화학반응 유동장은 물리적으로 아주 복잡하며 위에서 언급한 낮은 유동속도 뿐만 아니라 반응 유동장은 점성효과, 가파른 유동장 구배, 경직생성항, 강한 비선형, 물리적인 불안정성, 그리고 난류등의 전형적인 특성을 가진다. 화학반응의 물리적인 복잡성은 고유한 결점들을 노출시키고 코드이 강건의 부족 또는 나쁜 수렴성 아니면 둘다 나타나는 것으로 CFD 알고리듬에 새로운 대안을 요구한다. 본연구에서 다 화학종식 및 난류 수송식을 Navier-Stokes식에 결합한 화학 반응계 예조건화식을 발전시켜 확장하였다. 첫번째로 난류식을 Navier-Stokes식에 먼저 결합한 다음 다 화학종식을 결합하는 것을 고려하였다. 그리고 연소 생성항 및 난류 생성항에 관련된 수치해석의 어려움을 제기하고 연소 생성항을 다루는 방법을 제시한다. 마지막으로 본 연구에서 수행한 수치해석 방법의 정당성을 증명하기 위해서 몇몇 대표적인 연소 문제를 계산하고 실험데이터와 비교하였다.
more초록/요약
The vast majority of combustion applications take place at low speeds. Representative examples include industrial and residential furnaces, automotive engines, gas turbine engines, rocket combustors, fires, flames and incineration applications. As we have seen traditional time-marching methods fail to converge at low speeds and preconditioning algorithms are necessary to obtain efficient convergence of these problems. Chemically reacting flowfields are rich in physical complexity. In addition to the low flow speeds mentioned above, reacting flowfields are typically characterized by dominant viscous effects, steep flowfield gradients, stiff source terms, strong non-linearities, physical unsteadiness and turbulence. These physical complexities in turn pose fresh challenges to CFD algorithms by exposing inherent weaknesses and usually resulting in lack of code robustness or poor convergence or both. Reacting flow problems therefore offer the ultimate test of the preconditioning procedures developed in previous study, and in addition, they introduce a new difficulty, that due to the combustion source terms. In the present study, we extend the preconditioning formulation developed in the previous study to the reacting system, comprised of the multiple-species equations and turbulence transport equations coupled to the Navier-Stokes equations. First, we begin with the turbulence equations, and then consider the inclusion of multiple species equations. We specifically address numerical difficulties associated with combustion source terms and suggest means of dealing with them. Finally, we perform several representative computations to demonstrate the capabilities of the method.
more목차
목차
감사의 글 = i
요약문 = ⅱ
목차 = ⅲ
그림차례 = ⅴ
표차례 = ⅶ
사용기호 = ⅷ
1. 서론 = 1
2. 지배방정식 = 4
2.1 예조건화 Navier-Stokes 지배방정식 = 4
2.2 난류유동에서의 Navier-Stokes 지배방정식 = 6
2.3 난류유동과 화학반응 에서의 예조건화 Navier-Stokes 지배방정식 = 10
2.4 예조건화 매개변수 정의 = 12
3. 화학반응 = 15
3.1 지배방정식 = 15
3.2 화학 반응율과 평형 상수 = 16
3.3 열역학적 물성치 = 17
3.4 전달계수 = 17
4. 수치해석 기법 = 21
4.1 플럭스 차분 분할법 = 21
4.2 완화법과 근사분해 기법의 관계 = 23
4.3 내재적 풍상차분법 = 25
4.4 풍상차분법 ADI 알고리듬 = 26
5. 수치해석 결과 = 27
5.1 층류 메탄-공기 화염 = 27
5.2 난류 공기-공기 전단유동 = 28
5.3 난류 수소-공기 화염 = 29
6. 결론 = 32
참고문헌 = 33
그림 = 36
부록 = 46
Abstract = 53
