높은 레이놀즈수 조건에서 원형 실린더 주위의 유동에서 나타나는 난류 구조물 분석
Analysis of turbulent structures in the flow around a circular cylinder with high Reynolds number
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초록
본 연구는 강한 박리 유동에서의 난류 모델을 검증하기 위해, 높은 레이놀즈수 조건에서 원형 실린더 주위 유동에 대한 실험적 조사를 수행하였다. 실린더 후류의 근접 영역에서 입자 영상 유속계(Particle Image Velocimetry, PIV), 스테레오 입자 영상 유속계(Stereo Particle Image Velocimetry, SPIV), 시간 분해 입자 영상 유속계(Time-Resolved Particle Image Velocimetry, TRPIV)를 이용하여 속도장을 정밀 측정하였다. 응집 구조와 난류 간 상호작용을 정확히 특성화하기 위해, 위상 평균과 고유 직교 분해(Proper Orthogonal Decomposition, POD)를 적용하여 유동을 응집 성분과 난류 성분으로 분해하였다. 와류 생성을 나타내는 POD 계수로부터 정의된 위상 각은 흔히 발생하는 위상 흔들림에 의한 난류 응력의 과대 추정을 효과적으로 줄이는 것으로 나타났다. 고해상도의 시공간 데이터(TRPIV)를 바탕으로, 조건부 평균의 정확도를 평가하고 비정상 후류 유동에서 해석을 수행하였다.
Abstract
An experimental study was conducted on the flow around a circular cylinder at high Reynolds number to support the validation and refinement of turbulence models in massively separated flows. Velocity measurements in the near-wake region were obtained using Particle Image Velocimetry(PIV), Stereo Particle Image Velocimetry(SPIV) and Time-Resolved Particle Image Velocimetry(TRPIV). To accurately characterize the interaction between coherent structures and turbulence, the flow was decomposed into coherent and turbulent components using phase-averaging and Proper Orthogonal Decomposition (POD). Phase angles derived from POD coefficients, representing vortex shedding, reduced the overestimation of turbulent stresses caused by phase jitter in wall-pressure-based methods. Two complementary Dataset with high spatial and temporal resolution were analyzed to evaluate the accuracy of conditional averaging and to provide a more complete understanding of the unsteady wake.