지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 성홍계
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
이 논문의 연구 히스토리 (3)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
본 연구는 초음속 후향 계단 횡단류 가스에 분사되는 액체 제트에 의한 유동의 구조 변화와 그에 따른 혼합 특성의 분석을 위해 실험적 연구와 혼합 균질 모델을 적용한 준 1차원 성능해석을 수행했다.
연구에 적용된 후향 계단 형상의 유동 구조에 대한 이해를 위해서 아음속/초음속 후향 계단 유동의 수치적 연구를 수행했다. 아음속 후향 계단 유동에 대해서는 대수 Smagorinsky 모델을 적용한 대와동모사(Large Eddy Simulation; LES)를 이용하여 난류 유동의 모사를 했으며, 입구 경계면의 난류 유동 모사를 위해 균일 유동, 무작위 변동, SEM(Synthetic Eddy Method)을 사용했다. 아음속 후향 계단과는 달리, 초음속 후향 계단 유동에서는 동적 Smagorinsky 모델을 적용한 대와동모사를 이용했으며, 입구 경계면의 난류 유동모사를 위해서 무작위 변동, SEM, Reformulated SEM을 적용했다. 각각의 수치해석의 결과는 실험과 비교하여 검증하였으며 아음속 유동장에서는 SEM이, 초음속 유동장에서는 Reformulated SEM이 신뢰성 있는 결과를 보였다.
초음속 후향 계단 횡단류에 분사되는 액체 제트에 대한 실험의 작동 유체는 질소가스와 물을 사용했으며, 축소 노즐을 이용해 초음속의 질소가스를 실험부로 주입했다. 실험부에 생성된 재순환 영역 내부에 물을 주입해, 유동 구조의 변화를 관찰했다. 실험은 물 주입 오리피스의 직경 변화와 출구 노즐의 유무로 나누었으며, 질소 챔버와 물 공급 압력에 따라 세분화하여 진행했다. 유동의 가시화는 쉐도우그래프 기법을 이용했으며, 촬영된 영상은 평균화 처리하여 밝기의 정도인 강도 데이터로 변환했다. 강도 데이터를 이용해 액체 제트의 침투 깊이와 유동방향으로 물이 존재하기 시작하는 위치를 측정했다. 물의 공급압이 증가하거나 질소 가스 챔버의 압력이 감소하는 경우, 침투 깊이가 증가하고 유동방향 물의 위치가 상류로 이동했다. 측정값을 단위 부피당 운동량 비를 기준으로 보았을 때, 침투 깊이와 유동방향 물의 위치 변화는 선형적으로 변화하는 경향을 보였다. 물 오리피스의 직경 변화와 출구 노즐의 유무에 따른 결과에서는 질소 가스 제트의 크기가 작거나, 주입된 물의 운동량이 작은 경우에 선형성을 벗어나는 결과를 보였다. 그 외의 결과에서는 선형적인 경향을 보였으며, 동일 압력 조건에서 측정값 변화의 기울기 차이만 보였다. 그리고 선형의 경향을 보이는 결과에 대해서 침투 깊이에 대한 관계식을 제시하였다.
준 1차원 성능해석 결과와 실험에서 측정된 압력 데이터와의 비교에서, 물 오리피스 근처에서는 과대 예측을 했으며, 하류로 가며 측정값과 가까워졌다. 준 1차원 성능해석에서는 주입된 물의 영향을 실제 유동보다 크게 받기 때문에 차이가 발생했다. 물 공급 유량의 변화와 혼합영역 출구 노즐의 유무에 따른 결과에서, 유동 변화의 경향성이 실험과 동일했으며, 물 주입 압력의 변화에 따라서도 실험과 동일한 경향성을 보였다.
연구에 적용된 후향 계단 형상의 유동 구조에 대한 이해를 위해서 아음속/초음속 후향 계단 유동의 수치적 연구를 수행했다. 아음속 후향 계단 유동에 대해서는 대수 Smagorinsky 모델을 적용한 대와동모사(Large Eddy Simulation; LES)를 이용하여 난류 유동의 모사를 했으며, 입구 경계면의 난류 유동 모사를 위해 균일 유동, 무작위 변동, SEM(Synthetic Eddy Method)을 사용했다. 아음속 후향 계단과는 달리, 초음속 후향 계단 유동에서는 동적 Smagorinsky 모델을 적용한 대와동모사를 이용했으며, 입구 경계면의 난류 유동모사를 위해서 무작위 변동, SEM, Reformulated SEM을 적용했다. 각각의 수치해석의 결과는 실험과 비교하여 검증하였으며 아음속 유동장에서는 SEM이, 초음속 유동장에서는 Reformulated SEM이 신뢰성 있는 결과를 보였다.
초음속 후향 계단 횡단류에 분사되는 액체 제트에 대한 실험의 작동 유체는 질소가스와 물을 사용했으며, 축소 노즐을 이용해 초음속의 질소가스를 실험부로 주입했다. 실험부에 생성된 재순환 영역 내부에 물을 주입해, 유동 구조의 변화를 관찰했다. 실험은 물 주입 오리피스의 직경 변화와 출구 노즐의 유무로 나누었으며, 질소 챔버와 물 공급 압력에 따라 세분화하여 진행했다. 유동의 가시화는 쉐도우그래프 기법을 이용했으며, 촬영된 영상은 평균화 처리하여 밝기의 정도인 강도 데이터로 변환했다. 강도 데이터를 이용해 액체 제트의 침투 깊이와 유동방향으로 물이 존재하기 시작하는 위치를 측정했다. 물의 공급압이 증가하거나 질소 가스 챔버의 압력이 감소하는 경우, 침투 깊이가 증가하고 유동방향 물의 위치가 상류로 이동했다. 측정값을 단위 부피당 운동량 비를 기준으로 보았을 때, 침투 깊이와 유동방향 물의 위치 변화는 선형적으로 변화하는 경향을 보였다. 물 오리피스의 직경 변화와 출구 노즐의 유무에 따른 결과에서는 질소 가스 제트의 크기가 작거나, 주입된 물의 운동량이 작은 경우에 선형성을 벗어나는 결과를 보였다. 그 외의 결과에서는 선형적인 경향을 보였으며, 동일 압력 조건에서 측정값 변화의 기울기 차이만 보였다. 그리고 선형의 경향을 보이는 결과에 대해서 침투 깊이에 대한 관계식을 제시하였다.
준 1차원 성능해석 결과와 실험에서 측정된 압력 데이터와의 비교에서, 물 오리피스 근처에서는 과대 예측을 했으며, 하류로 가며 측정값과 가까워졌다. 준 1차원 성능해석에서는 주입된 물의 영향을 실제 유동보다 크게 받기 때문에 차이가 발생했다. 물 공급 유량의 변화와 혼합영역 출구 노즐의 유무에 따른 결과에서, 유동 변화의 경향성이 실험과 동일했으며, 물 주입 압력의 변화에 따라서도 실험과 동일한 경향성을 보였다.
목차
요 약 ⅰ목 차 ⅳ그림목록 ⅶ표 목 록 xii기호목록 xiv제1장 서 론 11.1 연구 배경 및 목적 11.2 초음속 횡단류에 분사되는 액체 제트의 연구 동향 2제2장 후향 계단 유동 분석 52.1 아음속 후향 계단 유동 72.1.1 지배 방정식 72.1.2 Synthetic Eddy Method (SEM) 82.1.3 격자 구성 및 해석 조건 142.1.4 계산 결과 162.2 초음속 후향 계단 유동 272.2.1 지배 방정식 272.2.2 Reformulated Synthetic Eddy Method (SEM) 282.2.3 격자 구성 및 해석 조건 332.2.4 계산 결과 36제3장 초음속 후향 계단 횡단류 가스에 분사되는 액체 제트의 혼합 특성 연구 443.1 실험적 연구 443.1.1 실험 장치 구성 441) 실험부 형상 및 설계 452) 유동 가시화 기법 483) 실험 방법 503.1.2 실험 조건 523.1.3 실험 결과 541) 압력 조건 변화에 따른 유동 구조 (Case 1) 602) 출구 노즐 유무에 따른 유동 구조 (Case 2) 653) 액체 제트의 질량유량 변화에 따른 유동 구조 (Case 3) 693.2 수치적 연구 753.2.1 지배방정식 753.2.2 격자 구성 및 성능해석 조건 773.2.3 성능해석 결과 78제4장 결 론 86참 고 문 헌 90SUMMARY 95
최근 본 자료
댓글(0)
0