CFD를 이용한 실린더 주위 유동 해석

소개

CFD를 이용한 실린더 주위 유동 해석

목차

1. 서 론
2. 본 론
1) 격자 생성 및 해석과정
2) 결 과
3. 결 론
참고 자료

본문내용

1. 서 론
유체가 물체 주위를 흐를 때 물체 후방에서 주기적으로 와류가 생성된다. 흐르는 유체가 마찰을 일으키는 물체를 만났을 때, 물체 양 옆으로 와류(vortex)를 형성한다. 대규모 현상을 fig 1. 과 같이 산을 지난 대기에서 관찰할 수 있다. 공학적으로 해석할 때 많이 이용되는 것이 실린더이다. 공학 실험에서도 이미 경험한 실린더 주위 유동은 다른 형상에 비해 해석이 쉬우면서 물체 주위의 유동을 잘 이해할 수 있어 많이 이용되고 있다. 주기적으로 진동하는 양력과 항력은 물체의 구조적인 진동과 소음을 야기하므로 공학적인 측면에서도 중요하며 많은 연구가 진행되고 있다.
이번 보고서에서는 물체 형상 및 격자를 만들어 볼수 있는 e-Airs를 사용하여 해석하였다. 실린더 형상의 변화에 따른 유동변화를 관찰하기 위해 y축 무차원 높이는 0.5로 고정하고 x축 길이를 0.4, 0.5, 0.6으로 변화시켜가면서 형상을 만들었다. 또한 레이놀즈 수 변화가 양력과 항력의 변화에 어떠한 영향을 주는지를 살펴보았다.
2. 본 론
1) 격자 생성 및 해석과정
실린더의 형상은 fig 2.와 같으며 201개의 절점을 만들고 또한 익형 주위에 충분한 크기의 far-field 원형의 경계를 만든 후, 격자를 생성하였고 실린더 주변에서의 유동을 정확히 살펴보기 위해 근접 영역에는 격자를 조밀하게 만들었다. 실린더 모양의 변화에 따른 유동변화를 관찰하기 위해 y축 무차원 높이는 0.5로 고정하고 x축 길이를 0.4, 0.5, 0.6으로 변화시켜가면서 형상을 만들었다.
레이놀즈수가 증가하면 실린더 주위 유동도 비정상성이 강화되고, 수렴이 힘들게 되므로 실린더 벽면과, 후류 부분(wake region)에 격자를 충분히 만들어줘야 한다. 실제로 레이놀즈수 1000에서 기본적인 격자로 했을 때 계산 중간 발산하여 계산이 중단 되는 것을 볼 수 있었는데 격자를 후류 부분을 조밀하게 했을 때 fig 3.과 같이 정상적으로 수렴하는 것을 볼 수 있었다. mesh의 중요성을 다시 한번 확인할 수 있다.

참고자료

· [1] 항공역학, 이봉준, 김학봉, 김문상
· [2] Fundamentals of Aerodynamics 4th edition , John D. Anderson
· [3] Introduction to Fluid Mechanics 5th Edition , Robert W. Fox, Alan T. McDonald
· [4] 타원형 실린더 주위의 비정상 유동 해석, 임영택, 박영빈, 김문상 [5] 원형 실린더 주위의 층류 유동장에 관한 수치적 연구, 이용석, 윤현식, 두정훈, 하만영