밀폐계 내부에 존재하는 사각 배열 네 개 원형 실린더의 대각 방향 위치 변화에 의해 발생하는 3차원 자연대류 현상에 관한 연구 (Study on Three-Dimensional Natural Convection Induced by Variation in the Diagonal Positions of Four Cylinders with a Rectangular Array inside an Enclosure)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 45권 / 10호 / 531 ~ 540페이지
· 저자명 : 김상민, 서영민, 박용갑, 박상후, 하만영

초록

본 연구에서는 사각 배열을 가지는 네 개의 원형 실린더를 포함하는 3차원 밀폐계 내부의 자연대류 현상에 대한 전산 해석을 수행하였다. 본 연구에서는 유한체적법을 기반으로 밀폐계 내부의 실린더가 가상경계법(immersed boundary method)으로 구현되었다. 본 연구에서 사용된 Rayleigh 수는 103≤Ra≤106이며, Prandtl 수는 Pr=0.7로 고정되었다. 주요 설계 변수는 실린더 사이의 대각 방향 간격으로 εh & εv=0.1 L~0.5 L를 고려하였다. 본 연구에서는 3차원 시뮬레이션 결과를 2차원 해석 결과와 비교 분석하고, 밀폐계 내부에서 발생하는 3차원성에 대해 열유동장 및 열전달 특성을 조사하였다. 본 연구에서 고려한 Ra=105 및 106의 영역에서 실린더의 간격에 따라 서로 다른 유동 특성이 나타났다. 또한, 동일한 Ra 수를 갖는 영역 대에서 실린더 표면 및 밀폐계 벽면의 열전달 성능은 εh & εv가 증가함에 따라 점차적으로 증가하였다. 결과적으로 네 개의 원형 실린더의 대각 방향 위치에 따라 3차원 밀폐계 내부의 자연대류 열전달 성능이 큰 영향을 받았다.

영어초록

This study conducted direct numerical simulations of the natural convection phenomena in a three-dimensional enclosure containing four circular cylinders. The immersed boundary method is used to capture the virtual wall boundary of the cylinders based on the finite volume method. Rayleigh numbers in the range of 104 ≤ Ra ≤ 106 and a Prandtl number of Pr = 0.7 were considered. The main parameters considered are the diagonal positions of four cylinders and the values of εh & εv = 0.1 L~0.5 L. The flow and thermal structures and corresponding heat transfer characteristics were investigated in regard to the flow regime of the unsteady state with the three-dimensionality, and their results were compared with those in 2D simulation. At Ra = 105 and 106, the flow characteristics are different from each other between 2D and 3D simulations. The time- and surface-averaged Nusselt number on the cylinder surface and the enclosure wall increases with increasing value of εh & εv. As a result, the diagonal positions of four cylinders have remarkable influences on the heat transfer characteristics on natural convection inside three-dimensional enclosure.

참고자료

· 없음