전단자유 표면을 이용한 후향 계단 주위 난류 박리수포 제어
Control of turbulent flow over a backward-facing step using shear-free condition
- 주제(키워드) backward facing step , flow separation , shear free condition , reattachment length , mixing enhancement
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이정일
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000028082
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
후향 계단(backward-facing step)에서 계단 높이로 무차원화한 레이놀즈수 5100의 난류 경계층 유동을 주었을 때, 전단자유조건(shear-free condition, SFC)을 이용하여 난류 박리수포를 제어하고 혼합을 증진하는 연구를 수행하였다. 정밀한 해석을 위해 직접수치모사 기법(direct numerical simulation, DNS)을 적용하였다. 전단자유조건은 후향 계단의 상류에 설치하였고, 변수는 폭 방향 양 끝에 위치한 전단자유조건 사이의 거리를 고려하였다. 혼합증진은 후향 계단의 유동 구조 중 박리-재부착 유동 구조를 통해 간접적으로 측정하였다. 제어 결과, 재부착지점이 제어하지 않은 경우보다 약 5.4% 감소하였다. 이 경우, 전단자유조건의 미끄러짐 속도로 인해 박리 이후의 주 유동 방향의 평균 속도와 난류섭동이 증가하였다. 또한, 가장 최적화된 전단자유조건 간격일 때, 폭 방향에 대한 압력계수의 변화폭이 가장 크게 유지되는 것을 확인하였다. 이러한 특징은 후향 계단에서 혼합증진의 메커니즘과 동일하며, 이로부터 전단자유조건으로 후향 계단에서 혼합을 증진시켰다 판단하였다.
more초록/요약
In this study, direct numerical simulation is performed to investigate mixing enhancement behind a backward-facing step using shear-free condition (SFC). The Reynolds number is 5100 based on the free-stream velocity and step height h. SFC is installed at the upstream of backward-facing step. A parametric study is performed to find the optimal spanwise width λ of the SFC. As a result, at the optimal width of SFC of λopt = 3.5h, the reattachment length is reduced by 5.4% compared to that of uncontrolled flow. It is found that the mean streamwise velocity and its fluctuations increase after the separation by the control. Also, at the optimal width of SFC, the spanwise inhomogeneity of the pressure coefficient is the most prominent. Theses flow characteristics owing to SFC are favorable to mixing enhancement behind the backward-facing step.
more목차
1. 서론 1
2. 후향 계단 주위 난류 유동의 수치해석기법 3
2.1 개요 3
2.2 전단자유조건 3
2.3 수치해석기법 4
2.3.1 지배방정식 4
2.3.2 계산영역 5
2.3.3 경계조건 7
2.3.4 계산시간 8
3. 계산 결과 9
3.1 개요 9
3.2. DNS 코드 검증 9
3.3 Parameter study 12
3.3.1 Parameter 선정 12
3.3.2 Control performance 14
3.4 전단자유조건에 의한 운동량 증가 16
3.5 전단자유조건의 폭 방향 비균일성 영향 18
4. 결론 24
참고문헌 25
ABSTRACT 27
