장애물 외관비가 주변 흐름에 미치는 영향
The Effects of Obstacle Aspect Ratio on Surrounding Flows
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참고문헌
초록
결론벽면 경계 조건을 개선한 전산유체역학 모형은 장애물 경계 부근의 흐름을 더욱 현실적으로 수치 모사하였다. 개선된 전산유체역학 모형을 이용하여 장애물 외관비가 장애물 주변 흐름에 미치는 영향을 조사하였다. 외관비 변화에 따른 흐름 특성을 분석하기 위하여 장애물 높이를 일정하게 유지하고 길이와 너비를 변화시켰다. 장애물 길이가 증가함에 따라 장애물 풍상측 면 부근에서는 흐름 왜곡의 범위가 증가하였고 장애물 풍하측 재순환 영역의 크기도 증가하였다. 장애물 너비가 증가한 경우에는 풍상측 면 부근의 흐름 왜곡 범위는 일정하였으나 풍하측 재순환 영역의 크기는 감소하였다. 장애물에 의해 흐름 분리가 일어난 후, 일부는 장애물 주위를 돌아 흐르게 되고 일부는 장애물을 넘어서 흐르게 된다. 재순환 영역의 크기는 두 흐름의 수렴이 일어난 지점과 장애물과의 거리에 의해서 결정되는데, 장애물 너비가 비교적 큰 경우에는 왜곡된 흐름이 장애물 표면에서 재부착되고 흐름 회복이 시작된다. 이에 따라 수렴이 일어나는 거리가 단축되면서 재순환 영역의 크기가 감소하였다. 이를 뒷받침하기 위하여 장애물에 의한 풍향 변화를 기준으로 흐름 왜곡 범위를 정의하였다. 흐름 왜곡은 지면 근처에서 가장 크게 일어났고 상층으로 갈수록 감소하였다. 장애물 길이가 증가한 경우에는 흐름 왜곡 범위가 증가하였으나 장애물 너비가 증가한 경우에는 장애물 풍하측 부근에서의 감소폭만 차이를 보였다. 이를 토대로 재순환 영역이 시작되는 장애물 풍하측 면에서의 흐름 왜곡 범위에 따른 재순환 영역의 크기를 조사한 결과, 둘 사이에 선형적인 비례 관계를 찾을 수 있었다. 즉, 흐름 왜곡 범위가 장애물 외관비에 따라 변화하는 재순환 영역 크기를 설명하는 좋은 지표가 될 수 있음을 의미한다. 본 연구 결과는 지상 기상 관측탑과 주변 건물 사이의 거리가 충분히 멀리 떨어져 있지 않을 경우, 지상 김재진 391관측 자료의 품질이 저하될 수 있음을 보여준다.본 연구에서는 장애물의 외관비가 주변 흐름에 미치는 영향을 조사하였다. 다음 연구에서는 장애물이 일정한 외관비를 갖을 때, 유입되는 풍속이나 풍향의 변화가 장애물 주변 흐름에 미치는 영향을 조사하고자 한다. 감사의 글 이 연구는 기상청 기상지진기술개발사업 (CATER 2007-3307)의 지원으로 수행되었습니다. 논문에 대해 유익한 지적을 해주신 심사위원님께 감사드립니다.
Abstract
The characteristics of flow around a single obstacle with fixed height and varied length and width are numericaly investigated using a computational fluid dynamics (CFD) model. As the obstacle length increases, flow distortion near the obstacle width increases, the size of the recirculation zone decreases, despite almost invariable flow distortion near the upwind side of the obstacle. Flow passing through an obstacle is separated, one part going around the obstacle and the other crossing over the obstacle. The size of the recirculation zone is determined by the distance betwen the obstacle and the point (reattachment point) at which both the flows converge. When the obstacle width is relatively large, flows and going around decreases the size of the recirculation zone. To support this, the extent of flow distortion defined based on the change in wind direction is analyzed. The result shows that flow distortion is largest near the ground surface and decreases with height. An increase in obstacle length increases the frontal area fraction of flow distortion around the obstacle. In the cases of increasing the width, the frontal area fraction near the upwind side of the obstacle does not change n with the size of the recirculation zone than the building aspect ratios, sugesting that the frontal area fraction is a god indicator for explaining the variation in the size of the recirculation zone with the building aspect ratios.
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