표면장력을 고려한 2상유동 문제에 반분리 유한요소 기법의 적용 (Application of Semi-Segregated Finite Element Method to Two-Phase Problems with a Surface Tension Effect)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 42권 / 4호 / 291 ~ 297페이지
· 저자명 : 최상헌

초록

표면장력을 고려한 2상유동 문제를 풀기 위한 하나의 반분리 유한요소 기법을 소개한다. 속도와 압력에 대하여 2차와 1차 보간을 실시하는 Q2Q1 요소를 사용하였다. 대류 및 점성항의 시간 이산화를 위해 Crank Nicholson기법과 3차 정확도의 Runge Kutta 기법을 결합하여 적용하였다. 압력과 표면장력항에 동일한 기저함수를 적용하는 기법, 즉 consistent continuum surface force(CSF) 모델을 적용하였다. 기법의 검증을 위해 정적 및 상승 기포의 벤치마크 문제를 풀었다. Consistent CSF 모델 적용 시 압력분포를 정확히 예측하였으나, 통합 유한요소 기법에 비해 비물리적 유동이 증가하는 것을 확인하였다. 상승 기포의 결과에서 반분리 기법은 통합 유한요소 기법과 일치하는 결과를 제공하였으며, 점성항이 지배적인 조밀격자를 제외하고 통합 유한요소보다 빠른 계산 성능을 보였다.

영어초록

A semi-segregated finite element method (FEM) is introduced for solving two-phase flows with a surface tension effect. The FEM code is spatially discretized with a Q2Q1 element using quadratic and linear shape functions for velocity and pressure, respectively. For temporal discretization, coupled Crank Nicholson and third-order Runge Kutta methods are employed. Furthermore, a consistent continuum surface force (CSF) model is used with the same basis function for pressure and surface tension terms. Next, a static bubble and two rising bubble problems are investigated for validation. In the static bubble, the consistent CSF model performs well when estimating pressure distribution, but it creates larger spurious currents than the existing integrated FEM. For the case of rising bubbles, the semi-segregated FEM provides consistent results with the integrated FEM, and its computational cost is less expensive except for the case of viscous force-dominated flows with dense grids.

참고자료

· 없음