본 연구의 목적은 예조건화 방법론을 난류모델을 포함한 Navier-Stokes 방정식에 적용하는 것이다. 가상 음속 개념을 적용하였다 공간차분을 위해 Roe의 FDS를 사용하였고, 시간 적분을 위해 LU-SGS 기법을 사용하였다. 알고리즘을 검증하기 위하여 NACA 날개 주위의 저속유동, 초음속 노즐 유동을 계산하였다. 본 연구에서 개발된 알고리즘은 저속유동 및 초음속 유동의 계산에서 충분한 계산 성능을 보이는 것으로 판단된다.
미소평판 주위의 저속 기체유동장이 기체분자운동론에 근거한 방법으로 조사되었다. 모델충돌적분항으로 단순화된 볼츠만방정식을 Discrete Ordinate 방법과 결합된 유한차분법으로 수치해석 하여 길이가 $20{\mu}m$인 5% 평판 주위의 유동장을 계산하였다. 계산결과가 Information Preservation 방법 및 미끄럼 경계조건을 이용한 연속체 방법에 의한 결과와 비교되었다. 세 가지 서로 다른 방법에 의한 계산결과가 기본적으로 유사한 유동형태를 예측하였으나, 세부적인 변에서는 본 방법의 결과가 다른 두 방법의 결과보다 더 정확함을 보였다.
저속의 압축성 유동장에서의 원형 실린더 주위의 유동 및 열전달특성을 해석하였다. 비압축성 유동장에서의 실린더 주위의 유동 및 열전달현상에 대하여는 실험과 수치해석을 포함한 광범위한 연구가 진행되어 왔으며 매우 잘 알려져 있다. 실린더 벽면과 주위 유동장의 온도차가 큰 경우, 밀도의 변화가 커지므로 유동장은 압축성 유체가 되나 지배 방정식의 복잡함과 적절한 수치해석 방법의 부족으로 실린더 주위의 유동장을 압축성유체로 해석한 경우는 매우 드물다. 현재 압축성유동 해석에 널리 사용되는 time marching algorithm은 저속의 유동장 해석시 지배방정식에 나타나는 eigenvalue들의 괴리에 의하여 수렴속도가 현저히 떨어지게 된다. 본 연구에서는 이와 같은 난점을 극복할 수 있는 time-derivative preconditioning 방법을 사용하여 온도차가 큰 유동장에서의 강제 및 혼합대류에 대한 계산을 수행하였고 이들의 열전달특성을 비교하였다. 강제대류의 경우 실린더 벽면 온도의 증가에 따른 밀도 감소의 영향은 유동장의 Re수를 감소시켜 확산의 영향을 증가시키면서, 혼합대류의 경우 부력의 영향은 가열되는 유동장의 범위와 재순환 영역을 강제대류에 비해 현저히 감소시킨다.
Low-speed gas flows in micro-channels are investigated using a kinetic theory analysis. The Boltzmann equation simplified by a collision model is solved by means of a finite difference approximation with the discrete ordinate method. Calculations are made for flows in simple micro-channels and a micro-fluidic system consisting of two micro-channels in series. The results are compared well with those from the DSMC method and an analytical solutions to the Wavier-Stokes equations. It is shown that the present method is a useful tool for the modeling of low-speed flows in micro-channels.
A kinetic theory analysis is made of low-speed gas flows around a micro-plate. The Boltzmann equation simplified by a collision model is solved by means of a finite difference approximation with the discrete ordinate method. The method does not suffer from statistical noise which is common in particle based methods and requires much less amount of computational effort. Calculations are made for flows around a micro-scale flat plate with a finite length of 20 microns. The method is assessed by comparing the results with those from several different methods and available experimental data.
A kinetic theory analysis is made of low-speed rarefied gas flows around a flat plate. The Boltzmann equation simplified by a collision model is solved by means of a finite difference approximation with the discrete ordinate method. The method does not suffer from statistical noise which is common in particle based methods and requires much less amount of computational effort. Calculations are made for flows around a micro-scale flat plate with a finite length of 20 microns. The method is assessed by comparing the results with those from several different methods and available experimental data.
Dae-Cheol Cheong;Kyung-Jae Jung;Young-Hwan Lee;Nak-Kwan Sung;Duck-Soo Chung;Ok-Dong Kim;Jong-Ki Kim
Investigative Magnetic Resonance Imaging
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제5권2호
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pp.116-122
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2001
목적 : 고식적 스핀에코, 위상 대조 경사에코, 고속 GRASS, 중T-2강조 고속스핀에코 연쇄를 각각 유동모형에 적용시켜, 저속유동에 대한 자기공명영상의 민감도를 찾아내고자 한다. 대상 및 방법 뇌실-복강 단락 도관과 GE 모형으로 이루어진 유동모형으로 싸이폰 효과에 의한 지속적인 가변 유속의 흐름을 내보내고, 각각의 유속에 위의 네 가지 자기공명영상연쇄를 적용시켰다. 0.08 ml/min 에서 1.7 ml/min 범위의 유량의 흐르는 액체와 정지된 액체에서 획득된 자기공명영상의 신호강도를 비교한 결과를 요약하면 다음과 같다. 결과 0.17 ml/min 이상의 느린 흐름에서는 고식적 스핀에코영상이 가장 우수한 정지-유동 액체사이의 겉보기대조를 보이나, 그 이하의 매우 느린 흐름에서는 GRASS 영상이 더 높은 민감도를 보였다. 결론 : 4가지 자기공명펄스연쇄는 0.08 ml/min에서 1.7 ml/min 범위의 유량의 흐름에서 서로 다른 민감도를 보였다. 이 결과는 임상적으로, 단락수술후의 뇌척수액의 흐름이나 혈관내의 혈전에 의한 흐름의 변이 등의 인체내의 저속유동을 검출하는 비침습적방법으로 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
저속 압축성 유동에서 사용하는 예조건화 기법은 수렴성 증진에 효과적이다. 본 연구에서는 일반적인 오일러 지배 방정식과 각각 다르게 무차원화한 세 가지 종류의 예조건화 기법을 3차 공간 정확도의 MUSCL, DADI, 다중 격자, 국소 시간 전진 기법을 이용하여 2차원 비점성 bump 유동에 적용하였다. 결과적으로 국소 예조건화 기법에 전역 예조건화 기법의 압력 항 무차원화 방법을 적용하면, 마하수에 무관한 수렴 특성을 얻을 수 있다. 또한, 점근해석을 이용하여 각 예조건화 기법의 특성에 대해 언급하였다.
A kinetic theory analysis is made of low-speed gas flows in microchannels. The Boltzmann equation simplified by a collision model is solved by means of a finite difference approximation with the discrete ordinate method. The method does not suffer from statistical noise which is common in particle based methods and requires much less amount of computational effort. Calculations are made for flows in simple microchannels and a microfluidic system consisting of two microchannels in series. The method is assessed by comparing the results with those from several different methods and available experimental data.
저속 비대선에서는 추진기면에서의 반류형상이 저항 및 추진성능을 결정하는 중요한 요소가 된다. 그러므로 저속 비대선에서는 선미선형의 형상과 유동현상과의 관계를 파악하는 것이 좋은 선형을 설계하기 위해 필수적이다. 선형 변환을 통해 얻어진 선수부의 모양이 같고 선미부의 모양이 다른 두척의 대형 유조선 선형에 대해 저항 추진 시험과 국부유동 계측 실험을 수행하였다. 이는 우선 선형 변화에 따른 저항 추진 계수의 변화를 정량적으로 제시하고, 이러한 총량적인 계측값과 국부 유동관의 관계를 규명함으로써 선미 선형의 변화에 따른 빌지 보오텍스의 세기의 차이와 이로 인한 저항 및 추진효율의 변화 등을 설명하였다. 또한 계측된 실험 자료는 저속 비대선 주위의 유동에 대한 CFD 계산의 검증 자료로 활용할 수 있으리라 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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