수치모형을 이용한 다원주 주위의 유동 해석

Abstract

The flow patterns around multi-circular cylinders are studied, in order to obtain a global view on the structure of wave control and circulation of sea flow in coastal regions. The flow force depends upon the vortex shedding exerted on the structure, especially how the vortex shedding affects the erosion when the structure sets on the sand bottom. Therefore, it is necessary that the flow pattern be checked. In order to simulate the flow around multi-circular cylinders, the CFX and FLUENT of the computational fluid dynamics (CFD) program were used and compared with the experimental results of the flow visualization installation. The phenomena of flow around the multi-cylinders will be applied to fundamental data for predicting the flow force acting against the structure, erosion, and sedimentation around cylinders in arrangement.1. 서 론우리나라 인근해역의 해안구조물들은 파랑제어를 중요시하는 측면에서 개발건설 되어 왔다. 이러한 구조물들은 외력제어 측면에서는 효과적이나 해수교환의 관점에서는 문제점을 갖고 있다. 본 논문에서는 해안에서 파력제어와 해수교환이 가능한 구조물로써 원형실린더 형태의 다원주 파일을 착안하고, 다원주 주위의 유동현상에 관해 연구하였다. 원형실린더 주위의 흐름에 대한 연구는 체계적으로 수행되지 못하고 단편적으로 항공공학, 기계공학, 토목공학 등의 여러 분야에서 수행되어 왔다. 이것도 한 개의 원형실린더(김광수 등, 2003; 김경환과 윤영환, 2003; Williamson and Roshko, 1988), 한쌍의 실린더(박운진, 2003; Zdravkovich, 1982), 어긋난 두 개 실린더 배열(Staggered arrangement)인 실린더(김태한, 1999; Kiya et al., 1980; Zdravkovich, 1997)가 2-3개 정도의 단순한 배열에 대한 연구가 대부분이며, 최근 다원주 주위의 유동에 관한 실험적 연구(이상화와 장은철, 2004)가 국내에 소개된 바 있다. 원형실린더 주위에 나타나는 Vortex shedding 현상은 이들 구조물에 미치는 유체력 크기를 좌우하며, 특히 구조물이 사질지반상에 설치되어 있을 때는 주위의 세굴현상에도 영향을 미친다. 따라서 우선적으로 필요한 것이 구조물 주위의 유동현상이라 판단하고, 원형실린더 주위의 유동상태를 모의하기교신저자 이상화: 부산광역시 사하구 하단동 840051-200-7627 shlee@daunet.donga.ac.kr위해서 상용수치해석 CFD 프로그램인 CFX(CFX-5, 2002)와 FLUENT(이상화와 장은철, 2004)를 이용하였으며, 유동가시화 장치의 실험결과와도 비교 분석하였다.본 연구의 다원주구조물 주위의 유동현상은 원형실린더에 미치는 유체력과 실린더 배열에 따른 주위의 세굴 및 퇴적현상을 예측하는데 있어서 기초자료로 활용될 것이다.