• 제목/요약/키워드: 수중익형

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Clark-Y 수중익형 주변 공동 현상에 의한 유동장과 소음 예측에 대한 수치적 연구 (Numerical Study on Cavitation Flow and Noise in the Flow Around a Clark-Y Hydrofoil)

  • 구가람;정철웅;김상현;하콩투;박원규
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제41권2호
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    • pp.87-94
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    • 2017
  • 프로펠러와 같은 수중운동체 주변에서 발생하는 공동 현상은 물체를 부식시키고 소음을 발생시키므로, 공학적 측면에서 중요한 문제로 다루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 Clark-Y 수중익형에서 발생하는 공동 현상과 이로 인한 유동 소음을 예측하였다. 공동 예측 결과를 정량적으로는 수중익형 표면의 압력 분포, 정성적으로는 수중익형 주변 공동의 체적분율 변화 양상을 이용하여 비교하였으며, 실험결과 및 선행 연구와 비슷한 경향을 가짐을 확인하였다. 이러한 공동에 의한 유동 소음을 예측하기 위하여 음향상사법을 이용하였으며, 시간에 따른 체적분율 변화를 단극자 소음원으로, 수중 익형 표면에서의 비정상 압력섭동을 이극자 소음원으로 모델링하였다. 소음 예측 결과는 SPL과 방향성을 통해 분석하였고, 계산된 전체 주파수 영역에서 비정상 압력섭동에 의한 소음원이 지배적임을 확인하였다.

진동하는 익형의 진동수와 받음각 진폭에 따른 공력특성 (A Numerical Study of Aerodynamic Characteristics in Oscillating Airfoils along Frequencies and Amplitude)

  • 이강문;박재영;이성기
    • EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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    • 제4회(2015년)
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    • pp.569-574
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    • 2015
  • 지난 수십 년간 유체역학적인 관점에서 곤충이나 새의 움직임을 모방하기 위해 진동하는 익형(pitching airfoil)과 동적 실속에 관한 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 유동박리가 일어나지 않는 범위 내에서 진동하는 익형의 특성에 대한 연구는 보기 드물다. 또한 기존의 유동박리가 일어나지 않는 영역에서 익형의 진동 현상에 대해 수행된 연구는 수중과 같이 낮은 레이놀즈수에서 수렴되었기 때문에, 공기 중과 같이 높은 레이놀즈수에서 유동현상과 다른 특성을 보여주고 있을 수 있다. 따라서 본 연구는 높은 레이놀즈수에서의 다양한 환산 진동수, 받음각진폭, 익형에 따른 공력특성을 분석하였다. 그 결과, 익형의 진동으로 인한 양력계수의 차이는 작음을 알 수 있었다. 그러나 높은 환산 진동수에서 익형의 항력계수가 감소하는 경향이 나타나며, 이로 인해 높은 환산 진동수에서 수치적으로 추력이 발생할 수 있음을 확인하였다.

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3차원 수중익형 주위의 캐비테이션 유동 전산해석 (Numerical Analysis of Cavitation Flow Around Hydrofoils)

  • 김성환;구태경;박원규;김동훈
    • 한국유체기계학회 논문집
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    • 제11권3호
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    • pp.7-13
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    • 2008
  • The cavitating flow simulation is of practical importance for many engineering systems, such as pump, turbine, nozzle, Infector, etc. In the present work, a solver for two-phase flows has been developed and applied to simulate the cavitating flows past hydrofoils. The governing equation is the two-phase Navier-Stokes equation, comprised of the continuity equation of liquid and vapor phase. The momentum and energy equation is in the mixture phase. The solver employs an implicit, dual time, preconditioned algorithm using finite difference scheme in curvilinear coordinates. An experimental data and other numerical data were compared with the present results to validate the present solver. It is concluded that the present numerical code has successfully accounted for two-phase Navier-Stokes model of cavitation flow.

수중익형 주변 유동장에서의 공동현상과 유동소음에 대한 수치적 연구 (Numerical Investigation of Cavitation Flow Around Hydrofoil and Its Flow Noise)

  • 김상현;정철웅;박원규;설한신
    • 한국소음진동공학회논문집
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    • 제26권2호
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    • pp.141-147
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    • 2016
  • Underwater cavitation is one of the most important issues because it causes not only vibration and erosion of submerged bodies but also significant flow noise problems. In this paper, flow noise due to cavitation flows around the NACA66 MOD hydrofoil is numerically investigated. The cavitation flow simulation is conducted using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations based on finite difference methods. To capture the cavitation phenomena accurately and effectively, the homogeneous mixture model with the Merkle's cavitation model is applied. The predicted results are compared with available experimental data in terms of pressure coefficients and volume fraction, which confirms the validity of numerical results. Based on flow field analysis results, hydro-acoustic noise field due to the cavitation flow is predicted using the Ffowcs-Williams and Hawkings equation derived from the Lighthill's acoustic analogy. The typical lift dipole propagation patterns are identified.

비정렬 격자계에서 균질혼합 모델을 이용한 2차원 수중익형 주위의 캐비테이션 유동 해석 (CAVITATION FLOW SIMULATION FOR A 2-D HYDROFOIL USING A HOMOGENEOUS MIXTURE MODEL ON UNSTRUCTURED MESHES)

  • 안상준;권오준
    • 한국전산유체공학회지
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    • 제17권1호
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    • pp.94-100
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    • 2012
  • In this paper, the cavitating flows around a hydrofoil have been numerically investigated by using a 2-d multi-phase RANS flow solver based on pseudo-compressibility and a homogeneous mixture model on unstructured meshes. For this purpose, a vertex-centered finite-volume method was utilized in conjunction with 2nd-order Roe's FDS to discretize the inviscid fluxes. The viscous fluxes were computed based on central differencing. The Spalart-Allmaras one equation model was employed for the closure of turbulence. A dual-time stepping method and the Gauss-Seidel iteration were used for unsteady time integration. The phase change rate between the liquid and vapor phases was determined by Merkle's cavitation model based on the difference between local and vapor pressure. Steady state calculations were made for the modified NACA66 hydrofoil at several flow conditions. Good agreements were obtained between the present results and the experiment for the pressure coefficient on a hydrofoil surface. Additional calculation was made for cloud cavitation around the hydrofoil. The observation of the vapor structure, such as cavity size and shape, was made, and the flow characteristics around the cavity were analyzed. Good agreements were obtained between the present results and the experiment for the frequency and the Strouhal number of cavity oscillation.

받음각 변화에 대한 수중익형의 캐비테이션 해석 (CAVITATION FLOW ANALYSIS OF HYDROFOIL WITH CHANGE OF ANGLE OF ATTACK)

  • 강태진;박원규;정철민
    • 한국전산유체공학회지
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    • 제19권2호
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    • pp.17-23
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    • 2014
  • Cavitation causes a great deal of noise, damage to components, vibrations, and a loss of efficiency in devices, such as propellers, pump impellers, nozzles, injectors, torpedoes, etc. Thus, the cavitating flow simulation is of practical importance for many engineering systems. In the present work, a two-phase flow solver based on the homogeneous mixture model has been developed. The solver employs an implicit preconditioning, dual time stepping algorithm in curvilinear coordinates. The flow characteristics around Clark-Y hydrofoil were calculated and then validated by comparing with the experimental data. The lift and drag coefficients with changes of angle of attack and cavitation number were obtained. The results show that cavity length and lift, drag coefficient increase with increasing angle of attack.

비정렬 격자계에서 균질혼합 모델을 이용한 2차원 수중익형 주위의 캐비테이션 유동 해석 (CAVITATION FLOW ANALYSIS OF 2-D HYDROFOIL USING A HOMOGENEOUS MIXTURE MODEL ON UNSTRUCTURED MESHES)

  • 안상준;권오준
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • 한국전산유체공학회 2011년 춘계학술대회논문집
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    • pp.20-24
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    • 2011
  • In this paper, numerical simulation of cavitation flow for modified NACA66 hydrofoil was made by using the multi-phase RANS equation based on pseudo-compressibility. The Homogeneous mixture model comprised of the mixture continuity, mixture momentum and liquid volume fraction equations was utilized. A vertex-centered finite-volume method was used in conjunction 2nd-order Roe's FDS to discretize the inviscid fluxes. The viscous fluxes were computed based on central differencing The Spalart-Allmaras one equation model was employed for the closure of turbulence. Reasonable agreements were obtained between the calculation results and the experiment for pressure coefficients on the hydrofoil surface.

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사중극자 보정 Ffowcs Williams and Hawkings 방정식을 이용한 수중 익형 공동 유동소음에 대한 수치적 고찰 (Numerical investigation into cavitation flow noise of hydrofoil using quadrupole-corrected Ffowcs Williams and Hawkings equation)

  • 구가람;유서윤;정철웅
    • 한국음향학회지
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    • 제37권5호
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    • pp.263-270
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    • 2018
  • 외부 유동소음 문제를 다루는 대부분의 산업현장에서 FW-H(Ffowcs Williams and Hawkings) 방정식을 이용한 복합전산공력음향 기법이 수치적인 효율성으로 인하여 널리 사용되고 있다. 그러나 사중극자항을 무시한 면적분 형태의 FW-H 방정식을 사용할 때 경우에 따라 무시할 수 없는 비물리적인 소음이 발생한다고 알려져 있다. 특히, 수중 프로펠러와 같이 날개 끝 와류 공동(tip vortex cavitation)이 하류방향으로 길게 형성되는 유동에 대해서는 적절하게 모델링하지 않으면 소음 예측의 정확도가 떨어지게 된다. 따라서 본 연구에서는 사중극자 보정항을 추가하여 적분면에서 FW-H 방정식으로부터 발생하는 비물리적인 음향을 저감시키고자 하였다. 먼저 FW-H 방정식에 기초하여 개발한 내부 예측코드의 정확성을 확인하기 위하여 에어컨 실외기에 사용되는 축류팬을 대상으로 검증을 수행하였으며, ANSYS Fluent의 결과와 비교하여 잘 일치하는 것을 확인하였다. 사중극자 보정항의 효과를 확인하기 위하여 등엔트로피 와류 전파에 대한 소음 해석을 수행하였으며, 사중극자 보정항에 의한 오차의 저감 효과가 발생하는 것을 확인하였다. 마지막으로 Clark-Y 수중익형에서 발생하는 공동 유동장을 대상으로 소음 해석을 수행하였으며, 공동이적분면을 통과할 때 발생하는 오차를 사중극자 보정항을 이용하여 저감할 수 있다는 것을 확인하였다.

MIT 요동 익형의 수치해석 : 비정상 유동 특성 (Numerical Simulation of MIT Flapping Foil Experiment : Unsteady Flow Characteristics)

  • 배상수;강동진;김재원
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • 한국전산유체공학회 1998년도 추계 학술대회논문집
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    • pp.133-140
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    • 1998
  • A Navier-Stokes code based on a unstructured finite volume method is used to simulate the MIT flapping foil experiment. A low Reynolds number $k-{\varepsilon}$ turbulence model is used to close the Reynolds averaged Navier-Stokes equations. Computations are carried out for a domain involving two flapping foils and a downstream hydrofoil. The computational domain is meshed with unstructured quadrilateral elements, partly structured. Numerical solutions show good agreement with experiment. Unsteadiness inside boundary layer is entrained when a unsteady vortex impinge on the blade surface. It shoves that local peak value inside the boundary layer and also local minimum near the edge of boundary layer as it developes along the blade surface. The unsteadiness inside the boundary layer is almost isolated from the free stream unsteadiness and being convected at local boundary layer speed, less than the free stream value.

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MIT 요동 익형의 수치해석 (Numerical Simulation of MIT Flapping Foil Experiment)

  • 강동진;배상수
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제24권6호
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    • pp.777-784
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    • 2000
  • A Navier-Stokes code based on an unstructured finite volume method is used to simulate the MIT flapping foil experiment. A low Reynolds number ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model is used to close the Reynolds averaged Navier-Stokes equations. Computations are carried out for the whole experimental domain involving two flapping foils and a downstream hydrofoil. The computational domain is meshed with unstructured quadrilateral elements, partly structured. Numerical solutions show good agreement with experiment. The first harmonics of the velocity in the boundary layer shows local peak value inside the boundary layer and also local minimum near the edge of boundary layer. It is intensified as it develops along the blade surface. This is shown to be caused as the unsteadiness inside the boundary layer is being convected at a speed less than the free stream value. It is also shown that there is negligible mixing of the unsteadiness between the boundary layer and the free stream.