수중 원형실린더 주변부의 3차원 흐름거동 수치해석
Numerical Investigation of Three-dimensional Flow Behaviors around a Submerged Circular Cylinder
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초록
본 연구에서는 RANS를 지배방정식으로 하는 3차원 수치모의를 통해 수중에 잠긴 원형 실린더형 구조물의 높이-직경비(h_c/D)를 달리하며 흐름장을 각기 모의하였으며, 본 연구의 모의조건에서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 실린더 직상류에서 발생하는 하강류의 강도는 h_c/D가 2.5 이상에서는 거의 비슷하며, 2.5 이하에서는 h_c/D가 작아질수록 하강류의 강도 역시 작아진다. h_c/D가 2.5 이상에서는 실린더 직하류에서 하강류와 함께 바닥면에서는 하류를 향하는 흐름이 함께 발달하고 있으나, 2.5 이하에서는 하강류가 거의 발달하지 않으며 바닥면에서 하류방향의 흐름도 미약하다. h_c/D가 증가하며 흐름의 분리위치 χ_s/D는 점차 증가하나, 2.5 내외에서 흐름의 분리위치는 약 0.78로 일정하게 수렴하고 있다. 즉, 하강류와 말굽형와류와 같은 구조물 주변부에서의 흐름특성은 h_c/D가 증가하며 점차 그 강도 및 규모가 증가하는데, h_c/D가 2.5 이상인 구간에서는 흐름 거동이 거의 비슷하게 수렴하는 결과를 보인다.
Abstract
In this study, different flow fields of a submerged circular cylindrical structure with varying height-diameter ratios (h_c/D) were simulated through three-dimensional numerical modeling with the RANS as a governing equation. The following conclusions were found from the simulation conditions of this study. The down flow strength that occurred at the direct upstream location of the cylinder gave similar results above a h_c/D of 2.5. Below 2.5, the down flow strength decreased as h_c/D decreased. Above a h_c/D level of 2.5, the down flow at the direct downstream location of the cylinder developed with the flow at the bed in the downstream direction. However, below a h_c/D level of 2.5, a down flow did not develop and the flow at the bed directed in the downstream direction was weak. As the h_c/D level increased, the location of the flow separation χ_s/D increased gradually, but at around 2.5, the flow separation location converged to a constant value of approximately 0.78. Thus, the flow characteristics found about the periphery of a structure, in this case the down flow and a horseshoe vertex, revealed that the strength and size gradually increase with an increase in the h_c/D level while the flow behavior converges similarly for an h_c/D level above 2.5.
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