Numerical analysis of turbulent recirculating flow in swirling combustor by non-orthogonal coordinate transformation

비직교 좌표변환에 의한 선회연소기내 난류재순환유동의 수치해석

A numerical technique is developed for the solution of fully developed turbulent recirculating flow in the passage of variable area using the non-orthogonal coordinate transformation. In the numerical analysis, primitive pressure-velocity finite difference equations were solved by SIMPLER algorithm with 2-equation turbulence model and algebraic stress model (ASM). QUICK scheme on the differencing of convective terms which is free from the inaccuracies of numerical diffusion has been applied to the variable grids and the results compared with those from HYBRID scheme. In order to test the effect of streamline curvatures on turbulent diffusion Lee and Choi streamline curvature correction model which has been obtained by modifying the Leschziner and Rodi's model is testes. The ASM was also employed and the results are compared to those from another turbulence model. The results show that difference of convective differencing schemes and turbulence models give significant differences in the prediction of velocity fields in the expansion region and outlet region of the combustor, however show little differences in the parallel flow region.

본 연구에서는 계단형 벽면조건을 없게 하기 위해서 비직교 좌표계(non-orth- ogonal coordinate system)를 사용하여 수치해석하였다. 비직교 좌표계를 이용한 수 치해석의 예는 Thompson등이 Laplace방정식 혹은 Poisson방정식을 해석함으로써 비직 교 격자망을 구성한 바 있고, Fahgri와 Asako는 대수적 비직교 좌표변환으로 유한차분 방정식을 유도하여 비정규경계면을 갖는 관로에서의 유동특성을 해석하였으며 이재헌 과 이상렬은 Fahgri와 Asako의 방법을 비정규경계면을 갖는 밀폐공간내에서의 자연대 류의 수치해석에 적용한 바 있다. 본 해석에서도 Fahgri와 Asako의 변환법으로 유한 차분방정식을 유도하였는데, 이 방법을 사용할 경우 확대관의 경사벽면을 계단형으로 만들지 않고 유한차분방정식을 유도할 수 있어서 계단형 벽면으로 인한 해의 오차를 제거할 수 있다. Fig.2는 본 해석에서 사용한 비직교 격자망을 나타낸다.