원관 내의 구를 지나는 축대칭 스톡스 유동에 대한 연구 (Study on Axisymmetric Stokes Flow Around a Sphere in a Circular Tube)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 42권 / 12호 / 797 ~ 803페이지
· 저자명 : 정재택

초록

원관 내의 구를 지나는 비압축성 축대칭 유동에 대한 이론적 연구를 수행하였다. 구는 원관의 중심축에 놓여 있으며, 구에서 멀리 떨어진 곳에는 하겐-포아제 유동이 존재한다. 유동방정식에 스톡스 근사를 적용하고 고유함수 전개와 오차의 최소제곱법을 사용하여 유동장을 해석하였다. 해석의 결과로 유동함수와 압력분포 식을 구하여 유선과 압력분포도를 도시하였으며, 원관의 벽면과 구 표면에 작용하는 압력 및 전단응력 분포를 계산하였다. 원관 내의 구로 인해 발생하는 부가적인 압력 강하와 구가 받는 항력을 구의 반경의 함수로 도시하였으며, 구의 존재로 인하여 원관의 벽면에 작용하는 유동방향의 전단력이 증가함을 확인하였다.

영어초록

This study analyzes the axisymmetric Stokes flow past a sphere in a circular tube. The sphere is located on the axis of the circular tube, and the Hagen-Poiseuille flow exists upstream and downstream far from the sphere. The Stokes approximation is used and the flow is investigated analytically by using the method of eigenfunction expansion and the least-squares method. From the analysis, the stream function and the pressure of the flow field are obtained, and the streamlines and pressure distribution are shown. In addition, the pressure and shear stress distributions on the sphere surface and circular tube wall are calculated, and they are shown for some typical radii of the sphere. The additional pressure drop induced by the sphere and the drag force exerted on the sphere are plotted as functions of the radius of the sphere, and it is shown that the shear force on the tube wall increases owing to the insertion of the sphere.

참고자료

· 없음