본 연구에서는 Re수가 40이하의 정상 층류유동에서 온도가 실린더와 자유유동 사이의 열전달계수에 미치는 영향을 수치해석적으로 연구하였다. 유체의 온도 Ta를 200~900K, 실린더의 온도Tw를 300~900K의 범위에서 Tm/Ta를 0.67~2.75까지 변화시 키며 계산을 수행하였다. 수치계산 결과를 분석하여 실험적으로 관찰하기 어려운 불성치의 변화가 열전달에 미치는 영향을 검토하고, 아울러 실린더가 자유유동에 의해서 냉각되는 경우 뿐만 아니라 가열되는 경우의 연구도 병행하였고, 두가지 경우 에 모두 적용할 수 있는 열전달관계식을 구하였다. 본 연구에서는 Gr/$Re^2$=0 이고 복사에 의한 열전달량은 강제대류에 의한 열전달량의 1%이하이므로 자연대류 및 복사열 전달의 효과는 무시하였다.
비정상, 층류 유동으로 실린더와 같은 블러프(Bluff)물체 주위를 흐르는 유동에서 발생하는 Von Karman 와동은 외부 유체로부터 전달된 힘이 물체 표면에 분포되어 양력이나 항력등에 많은 영향을 주기 때문에 유체역학 분야에 있어서 매우 중요한 분야라 할 수 있다. 이러한 유동은 벽으로부터 점진적으로 전달되고 확산되는 큰 와류에 의해서 특징 지워진다. (중략)
The present study showed that a quantitative analogy of the fully developed laminar flows inorthogonally rotating rectangular ducts and stationary curved rectangular ducts of arbitrary aspect ratio could be established. In order to clarify the similarity of the two flows, the dimensionless parameters $K_{LR}$ =Re/√Ro and Rossby number Ro= $w_{m}$/$\Omega$d in a rotating strait duct were used as a set corresponding to Dean number $K_{LC}$ =Re/√λand curvature ratio λ=R/d in a stationary curved duct. Under the condition that the value of Rossby number and curvature ratio was large enough, the flow field satisfied the ‘asymptotic invariance property’: there were strong quantitative similarities between the two flows such as friction factors, flow patterns, and maximum axial velocity magnitudes for the same values of $K_{LR}$ and $K_{LC}$ .
본 연구에서는 익형 위에 발생하는 박리기포 주위를 사용한 박리기포 주위 유 동해석에 목적을 두고, 원시변수(primitive variable)를 사용한 부분 포물형 Navier -Stokes 방정식을 사용하여 층류유동에 관한 간단한 기본계산을 통해 비교적 박리기포 가 큰 외부유동(external flow)에도 부분 포물형 방정식이 적용될 수 있음을 보이고자 한다.수치해법은 Galpin 등 이 이차원 관유동(channel flow)에 완전 Navier-Stokes 방정식의 해법으로 사용한 CELS(coupled equation line solver) 방법을 부분 포물형 방정식에 적합하게 수정하여 사용하였다.
In the present study, The characteristics of developing steady laminar flows of a straight duct connected to a $180^{\circ}$ curved duct were examined In the entrance region through experimental measurement. Flow characteristics such as shear stress distributions, pressure distributions and friction coefficient experimentally in a square cross-sectional straight duct by using the PIV system. For the PIV measurement by particles produced from mosquito coils particles. The experimental data were obtained at 9 points dividing the test sections by 400mm. Experimental results can be summarized as follows. Critical Reynolds number, $Re_{cr}$ which indicates transition from laminar steady flow to transition steady flow was 2,150. Shear stress per unit length on the wall was stronger than that in the fully developed flow region. This was attributed to the fact that shear stress and pressure loss in the curvature of a duct were increased. Pressure distributions were gradually decreased irrespective of Reynolds number In the whole test section. This trends were in a good agreement with the reference results. Pipe friction coefficient in the steady state flow region was calculate from method of least squares. The co-relationship between fiction coefficient and Reynolds number was established as follow; ${\lambda}=56/Re$.
In this study, it is numerically revealed that the secondary flow due to the Coriolls force in a straight duct rotating about an axis perpendicular to that of the duct is analogous to that caused by the centrifugal force in a stationary curved duct. Dimensionless parameters $K_{LR}=Re/\sqrt{Ro}$ and Rossby number in a rotating straight duct were used as a set corresponding to Dean number and curvature ratio in a stationary curved duct. When the value of Rossby number and curvature ratio is large, it is shown that the flow field satisfies the `asymptotic invariance property`, that is, there are strong quantitative similarities between the two flows such as friction factors, flow patterns, and maximum axial velocity magnitudes for the same values of $K_{LR}$ and Dean number.
본 연구의 목적은 수평 Blasius유동의 열적 불안정성 문제에서 유동방향 좌표 에도 의존하는 교란양을 최초로 도입함으로써 보다 합리적인 안정성 해석을 수행하고 그 결과를 기존의 실험적 및 이론적인 자료들과 비교하며 이를 토대로 한 보다 실제적 인 열전달 상관관계를 얻고자 하는데 있다.
2차원 채널 내의 수직 평판을 지나는 유동에 대한 이론적 연구를 수행하였다. 수직 평판은 채널의 상하 중앙부에 위치하며, 수직 평판에서 멀리 떨어진 채널 내에는 포아제 유동이 존재한다. 스톡스 근사를 적용하고 고유함수 전개와 점 배열 방법을 사용하여 유동장을 해석하였다. 해석의 결과로 유동 함수와 압력분포식을 구하였으며, 채널의 벽면과 수직 평판에 작용하는 압력 및 전단응력 분포를 계산 하였다. 또한, 수직 평판으로 인해 부가적으로 발생하는 압력 강하와 수직 평판이 받는 힘을 수직 평판 길이의 함수로 계산하였으며, 대표적인 수직 평판의 길이에 대하여 유선과 압력분포도를 도시하였다. 또한, 작은 레이놀즈 수가 유동에 미치는 영향을 알아보기 위하여 레이놀즈 수가 작은 층류유동의 경우에 대하여 수치해석을 수행하였다.
본 연구에서는 벽면으로부터 균일한 열 유속 조건에서 나노유체의 층류유동에 의한 대류 열전달 향상과 관련하여 유동관 내 벽면에서의 나노입자 거동의 영향에 대한 수치해석 및 실험 연구에 대해서 논한다. $SiO_2$ 나노유체의 동적 열전도도는 스테인리스 원형 관(길이 1 m 및 직경 1.75 mm)의 외면에 부착된 T형 열전대를 활용하여 측정하였다. 실험에 사용된 나노유체는 직경이 24 nm인 구형의 $SiO_2$ 나노 입자를 초순수에 분산시켜 제조하였다. 나노 유체의 향상된 열전도도(즉, 최대 7.9 %의 증가)는 기본유체(즉, 초순수)와 나노유체 간 유동에서 벽면 온도 변화를 측정하여 비교함으로써 확인하였다. 하지만, 수치해석 결과에서는 실험으로부터 발견된 경향이 발견되지 못했는데, 이는 수치해석 모델이 기본적으로 연속체역학 및 안정된 콜로이드 용액에 나노 입자를 포함하는 유동특성에 기반을 두기 때문으로 분석된다. 이에 따라, 열교환 표면에서 나노입자와 벽면 간 상호작용(예: 나노입자의 고립된 침전)에 의한 표면특성 변화와 같은 비연속체역학 기반의 효과를 확인하기 위하여, 나노유체의 흐름 직후 정제수를 활용한 추가실험을 수행하였다.
Laminar separation bubble and transitional flow over an airfoil are investigated at a moderate range of Reynolds numbers. In this research, a Reynolds-Averaged Navier-Stokes code is coupled with an empirical transition model that can predict transition onset points and the length of transition region. Without solving the boundary layer equations, approximated e-N method is directly applied to the RANS code and iteratively solved together. The computational results are compared with the experimental data for NACA0012 airfoil. Results of transition onset point and length are compared well with experimental and XFOIL prediction. In high angle of attack the present RANS results show better agreement than XFOIL results using the boundary layer equations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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