날카로운 모서리를 갖는 주상체 주위 비정상 유동 해석
Computational Study for Unsteady Flow around 2-Dimensional Cylinder with Sharp Edge
2
조회
0
다운로드
2
인용
0
참고문헌
키워드
초록
교량단면 등에 이용되는 날카로운 모서리를 갖는 형상 주위의 유동은 기존의 전산 유체 해석에 있어서 격자 생성이나 수치적 안정성 측면에서 매우 어려운 문제를 제기한다. 최근 많이 적용되고 있는 직교격자 기반의 가상경계법도 물체면에서 점착조건을 위해 운동량 보정을 물체 내부에 적용하는 외삽법을 이용하는데, 삼각형 단면과 같은 날카로운 모서리를 갖는 형상 주위 유동 해석에 있어 수치적 불안정성을 나타낸다. 이에 본 논문에서는 보정량이 유체 내에 작용하는 내삽법을 날카로운 모서리 형상 주위의 유동해석에 적용하였다. 개발된 방법을 이용하여 정삼각형 단면 주위의 비정상, 비압축성의 2차원 층류 유동을 해석하였으며, Re=100∼250의 유동에 대해 기존의 연구 결과와 비교를 통해 검증하였다. Re가 250의 유동장에 대해 다양한 변장비의 이등변삼각형 형상 주위의 해석 결과 변장비 증가에 따른 항력감소와 양력 변동량의 증가를 나타내었으며, 특히 풍상측이 수직인 경우 변장비 증가는 박리 유동의 재부착과 장주기의 와흘림으로 인한 저주파 대진폭의 양력 변동이 나타남을 알 수 있다.
Abstract
Sectional shape with sharp edge, often applied to bridges, pose troublesome difficulties in mesh generation and numerical stability of computational fluid dynamics. Immersed Boundary Method(IBM) also experiences similar problems such as flow around triangular shape since it uses extrapolated momentum forcing inside the solid boundary in order to satisfy the no-slip on the boundary. In this paper, interpolation method is implemented into IBM in such a way that the momentum forcing is applied within the fluid domain. The developed method is applied to 2 dimensional, laminar flow around equilateral triangular shape for Re between 100 and 250, and the results are verified with previous study. Unsteady flows around various aspect ratio of isosceles triangular shape at Re=250 are simulated and the results show the reduction of mean drag and the increase of lift fluctuation. In particular, the increase of aspect ratio results in relatively large amplitude of lift with low frequency due to the reattachment of separated flow and leading vortex shedding of long period when the windward side of the triangular section is vertical to the inflow.
참고문헌 (11)
- M. F. Barad, "An adaptive cutcell method for environmental fluid mechanics", J. Numer. Meth. Fluids, 60, pp.473~514 (2008)
- Combined Immersed-Boundary, "B-Slpine Methods for Simulations of Flow in Complex Geometries", Mohd-Yusof, J., 1997, pp.317~
- Kim, J., "An Immersed-Boundary Finite Volume Method for Simulations of Flow in Complex Geometries", J. Comput. Phys, 171, pp.132~ (2001)
- Liao, "Simulating flows with moving rigid boundary using immersed-boundary method", J. Comp Fluids, 39, pp.152~167 (2010)
- 최춘범, "가상경계법에 의한 3차원 지형 주위의 성층 유동 해석", 한국풍공학회지, 10(1), pp.91~99 (2006), 한국풍공학회
- 최춘범, "강풍피해 위험성 평가를 위한 건물군 주위 유동해석", 한국풍공학회지, 11(1), pp.67~77 (2007), 한국풍공학회
- 이승수, "임의 형상 구조물 주위 유동의 직교 격자계 기반 해석 기술 개발", 한국풍공학회지, 8(1), pp.103~111 (2004), 한국풍공학회
- 김학선, "가상경계법을 이용한 교량 내풍단면 유동장 수치해석", 한국방재학회 학술대회 (2011)
- Kim, J., "Application of a Fractional-Step Method to Incompressible Navier-Stokes Equations", J. Comput. Phys, 59, pp.308~ (1985)
- De, A. K., "Numerical simulation of unconfined flow past a triangular cylinder", Int. J. Numer. Meth. Fluids, 52, pp.801~821 (2006)
- 최걸기, "회전하는 원기둥 후류의 장주기 와흘림 전산해석", 한국풍공학회지, 14(3), pp.145~152 (2010), 한국풍공학회