e-Airs을 이용한 실린더주위의 (2차원,비정상)유동해석

소개글

e-Airs를 이용해 2차원, 비정상 유동을 해석하는 과제입니다.
전산유체역학을 이용한 유동가시화를 확인할 수 있습니다.

목차

1. 서론
2. 본론
3. 해석방향
4. 결과고찰
5. 후기

본문내용

1.1 실린더 주위의 유동

원형 실린더 주위의 유동을 살펴보자.
2차원 원통 주위에서의 이상기체의 경우에는 원통 전후의 압력이 대칭이 되므로, 항력이 발생하지 않는다
위 그림은 원형 실린더 주위의 유동 양상과 속도 분포를 스케치한 것이다. 그림에서 표시한 바와 같이 경계층 내에서는 표면에 수직인 방향으로의 속도변화가 매우 급격하다. 역으로 말하자면, 물체 표면에서 속도 구배가 매우 큰, 얇은 지역을 경계층(boundary layer)이라 부른다.

표면 위의 유동장에서 점성을 무시할 수 없는 영역을 경계층이라고 한다. 일반적으로 Reynolds 수가 큰 흐름에서는 점성을 무시할 수 없는 경계층 두께가 극히 얇은데, 이 경우에 점성의 영향은 얇은 경계층의 내부에서만 고려하고, 그 바깥쪽에서는 완전유체로 취급할 수가 있다.

그런데 경계층 내에 있으면서 원주 표면에 매우 가까이 있는 유체입자는 원주와의 마찰 작용으로 인하여 운동에너지를 계속 잃어버리기 때문에 어느 지점에 도달하면 속도가 0이 되어버리고 더 이상 원주 표면을 따라가지 못한다. 이 점이 박리점(separating point)이다.

박리점에서 유선은 원주 표면으로부터 이탈하고 그 뒤에는 후류가 형성된다. 후류 내의 유동은 무질서하며 혼돈적이지만 매우 느리다. 따라서 후류 지역에 접하는 원주 표면의 압력은 박리점에서의 낮은 압력을 그대로 유지하고 또한 그 분포가 균일하다.

박리점 앞 쪽에 있는 얇은 지역, 즉 경계층은 낮은 Reynolds 수에서 층류상태를 유지한다. 그리고 Reynolds 수가 증가하면 박리점은 점점 더 앞 쪽으로 이동하여 결국에 가서는 박리점의 각도는 90°보다 더 작아진다.
Reynolds 수가 더욱 증가하면 경계층 유동은 난류로 바뀌면서 박리점은 다시 뒤로 이동한다. 박리점이 뒤로 이동하면 후류 지역이 작아지며 이에 따라 후류의 압력은 더욱 증가한다. 즉, 비점성 해석 결과에 보다 더 가까이 가는 것이다. 이에 따라 항력은 감소한다고 볼 수 있다.

참고 자료

【1】 Fluid Mechanics 5th Edition (WILEY) Robert W. Fox | Alan T. McDonald.
【2】 항공역학(세화)
【3】 <e-Airs 매뉴얼> PDF
【4】 <수렴성이 좋은 실린더 격자 만들기> PDF (e-Airs 사용자 게시판)
【5】 원형실린더 주위의 비정상 이차원 층류유동 수치해석 (한국전산유체공학회지 2004.12 명현국)
【6】 http://www.lstm.uni-erlangen.de/~breuer/animations.html