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논문KCI 등재

회전하는 원기둥 후류의 장주기 와흘림 전산해석

Formation of Secondary Vortex Shedding of Long Period in Downstream of Rotating Circular Cylinder

이승수|김학선|최걸기
한국풍공학회|2010.12|한국풍공학회지 (Journal of the Wind Engineering Institute of Korea)|제14권 제3호|pp. 145-152

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가상경계법회전원형실린더2차 와흘림Immersed boundary method(IBM)rotating circular cylindersecondary vortex shedding

초록

최근 수치해석 연구에 의하면 회전하는 원기둥 후류에서 비정상유동의 특이한 변화가 예측되었다. Re가 40보다 큰 흐름 속에서 원기둥이 회전하면 먼저 일반적인 칼만 와흘림이 발생하고 회전속도가 일정 속도에 이르면 와흘림이 억제되어 준정상 상태가 나타난다. 회전속도를 더 증가 시키면 상대적으로 장주기의 2차 와흘림이 나타나는데 이때 저항의 감소와 평균 양력의 증가가 수반된다. 그러나 일정 회전속도에서 예측되는 저항의 갑작스러운 변화에 대해서는 아직 상세하게 분석된 바가 없다. 본 연구에서는 가상경계법을 이용하여 레이놀즈수가 60과 100일 때 실린더의 회전속도비를 0<<6까지 변화시키며 회전하는 실린더 주위의 유동해석을 수행하였다. 본 연구 결과 Re=60일 경우 1차 천이영역은 =1.4일 때 발생하였고 2차 와흘림은 5.2<<5.4일 때 형성되었다. Re=100일 경우 1차 천이영역은 =2.0일 때 발생하였고, 2차 와흘림은 4.8<<5.0일 때 형성되었다. 그러나 갑작스런 저항의 변화는 나타나지 않음으로써 이에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Abstract

Recent numerical study has found that the fluctuating flow behind a rotating circular cylinder experiences different phases of unsteadiness and quasi-steadiness depending on the rotating speed. When the cylinder starts to rotate in a free stream of Re greater than 40, the well-known Karman vortex appears until the rotating speed reaches a certain criteria. Increasing the rotating speed above the criteria, the shedding is suppressed and the flow becomes quasi-steady until the speed reaches a second criteria at which secondary vortex shedding appears with a relatively long period. With this flow phenomena, the forces acting on the cylinder also experiences several changes including decrease of drag and increase of mean drag. However, a sudden variation of the forces recently reported has not been investigated in detail; hence, this paper presents a numerical investigation of the flow field as well as the forces using immersed boundary method. The study on the flow past a rotating circular cylinder was performed for Re=60 and 100 with rotational rates 0<<6, and the results show the existence of the secondary vortex shedding with relatively long period; however, the sudden change in drag was not observed in this study and needs further investigation.

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