k-ε 난류모델을 이용한 중립대기경계층 바람의 특성 재현
Representation of Wind Characteristics of Neutral Atmosphere Boundary Layer using k-ε Turbulent Model
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초록
본 연구는 전산유체역학을 이용하여 균질한 중립 상태에 있는 대기층에서 발생되는 바람의 특성을 재현하는 것이다. 이를 판단하기 위하여 표준 난류모델을 이용하여 해석 영역을 통과하는 기류가 입력한 특성으로부터 어떻게 변화되는지 살펴본다. 네 가지 지표조도에서 정의된 KBC-2009 기준의 멱지수 형식인 평균 풍속과 회귀 분석으로 결정한 자연로그 형식의 평균 풍속을 적용하였다. 기준을 이용한 난류 운동에너지 및 소산률 을 표준 모델로부터 유도한 근사해를 이용하여 풍속과 상응하게 입력하였다. 표준 난류모델에서 3개의 상수와 지표 경계조건 등을 지표조도에 따라 변화시켰다. 제안된 두 형식으로부터 큰 차이 없이 기준의 기류 특성들은 CFD에서 적절히 재현되었다. 로그 형식의 입력이 멱지수 형식에 비교하여 입력 성질이 약간 더 효과적으로 유지되었다. 부드러운 지표조도일수록 기류의 특성이 효과적으로 재현되었다. 지표 경계에 접한 첫 번째 유체요소 안에 적절한 지표조도를 반영한 경계조건이 필수적이었다.
Abstract
It is the purpose to revival of the neutral atmosphere boundary layer by way of computational fluid dynamics. Using the standard turbulent model, it is inspected how the inflow characteristics remains along the fetch of the computational domain. The mean wind velocity is applied with the power form described on the code of KBC-2009 according to four terrain category, and with the logarithmic form fitted from the power format. The corresponding turbulent kinetic energy, , and turbulent dissipation rate, are used, which are defined semi-analytically from the code. The analysis is performed by modifying the roughness height and three constants of the turbulent model according to the terrain category. The flow characteristics is represented properly by CFD whose results have no considerable difference in the two proposed formats. Logarithmic profile is preferred to the power profile in the keeping of inflow characteristics. And the wind characteristics remains well along the fetch as its surface roughness becomes smooth. A boundary condition is necessary to consider the roughness height within the first finite fluid element next to the surface boundary.
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