Investigation of Turbulence Structures and Development Turbulence Model Based upon a Higher Order Averaging Method

고차평균법에 의한 난류구조의 규명 및 난류모델의 개발

The averaged non-linear term in the turbulence equations, suggested by Yeo (1987), is analyzed theoretically and experimentally. It was formulated by applying the filtering concepts to the convolution integral average definition with the Gaussian response function. This filtering approach seems to be superior to the conventional averaging methods in which all four terms at the doubly average vol must be defined separately, and it also gives a very useful tool in understanding the turbulence structures. By theoretically analyzing the newly derived description for the averaged non-linear terms, it is found that the vortex stretching can be explicitly accounted for. Furthermore, comparisons of the correlation coefficients based on the experimental data show that the vortex stretching acts most significantly on the turbulence residual stress. Thus, it strongly supports the claim that the vortex stretching is essential in the transfer of turbulence. In addition. a general form of turbulent energy models in LES is derived, by which it is recognized that the Smagorinsky, the vorticity and the SGS energy models are not distinctive.

Yeo(1987)에 의하여 유도된 평균된 비선형괴의 표현식을 이론 및 실험적 분석을 통하여 난류구조의 특성을 밝혔다. 일반 평균정의식으로부터 가우스형 필터함수를 사용하여 얻어진 이 식에 의하면 종래와 같이 비선형항을 4개의 항으로 분리하여 각각을 해석할 필요가 없으며 기존 난류모형이 갖는 Closure문제로 인한 한계성도 극복할 수 있는 가능공을 보여주고 있다. 새로이 유도된 표현식으로부터 종래 개염적으로만 인식되어 왔던 vortex stretching현상을 이논적으로 도출할 수 있었으며 실제 난류자료의 분석결업 이들의 영향이 지배적임을 입증하였다. 따라서 vortex stretching의 영향을 무시한 난류모형은 그 타당성을 상설하게 된다. 또한 LES모형에 적용시킨 결과 일반적 형태의 에너지 표현식을 얻을 수 있었으며 기존의 Smagorinsky모형, 회전모형및 SGS에너지 모형은 완전히 별개의 것이 아니라 난류에너지 중 변형 및 회전에 의한 영향의 고려 가부에 따라 구분되어짐을 보였다.