관내에서 가속 운동하는 구의 벽면효과 전산해석
A Numerical Analysis of Wall Effect on Drag on Accelerating Sphere within a Tube
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초록
관내에서 이동하는 물체 주위의 유동에 대한 연구는 대부분 비정상상태가 아닌 정상상태의 종단속도 조건 하에 이루어져있으므로 이에 대한 유체역학적 분석이 요구되고 있다. 이에 본 연구에서는 다양한 직경의 원통형 관 안에서 9.81m/s2으로 비정상 등가속 운동을 하는 3D 구에 작용하는 힘을 전산유체역학을 이용하여 분석하였다. 유한 체적 기반 CFD 코드 인 Fluent 19.0을 사용하였으며, 상대 운동 프레임과 난류 모사를 위한 SST k-ω 모델을 적용하였다. 선행연구 결과와의 비교를 통해 본 연구의 해석방법이 타당함을 보이고 있다. 또한 후류 분석을 통하여 항력 변화를 설명하고, 벽면효과에 의한 항력 증가를 정량적으로 분석하였다.
Abstract
The study of the flow past a accelerating body within a tube is mostly under the condition of the terminal velocity of thesteady state rather than the unsteady state, and thus hydrodynamic analysis of around accelerating body is required. Therefore, in thisstudy, the force acting on a 3D sphere with an unsteady constant acceleration of 9.81 m/s2 in a cylindrical tube of various diametersis analyzed using computational fluid dynamics. A relative moving frame based on the finite volume method is employed with SSTk-ω turbulence model. The comparison with the results of previous studies shows that the computational method of this study is valid. Also, the drag change is explained through the wake analysis, and the drags on bodies in the accelerating flow are quantitativelyevaluated to assess the effect of the wall.
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