정방형 실린더의 모서리 원형화에 따른 유동 불안정성의 변화

초록

원형 실린더와 정방형 실린더 같은 bluff body 주위의 유동은 공학적으로 매우 중요한 문제이다. 실린더를 지나는 유동에 대한 실험적 또는 수치해석적인 연구는 오래전부터 많이 수행되어왔다. 이러한 실린더형 장애물을 지나는 유동에서 주목할 만한 점은 실린더 후류의 유동과 그에 따른 유체력의 변화이다. 일반적으로 같은 유동장 내에서 원형 실린더보다 정방형 실린더가 더 많은 항력을 받는다. 따라서 모서리를 부드러운 원형으로 바꾸어 항력을 줄이는 방법이 연구되어 왔다. Bearman et al.은 실린더 모서리의 곡률에 따른 유체력의 변화를 실험적으로 연구하였다. 또한, Dalton and Zheng은 수치 해석을 통해 레이놀즈 수(Re)가 250과 1,000인 경우에 대해 모서리 원형화에 따른 실린더 후류의 유동에 대하여 연구하였다. 하지만, 앞선 연구에서 고려된 모서리 곡률 반경의 수는 적고, 임계 Re(Rec)근처에서 곡률의 변화에 따른 유동 불안정성에 대한 연구는 자세히 진행되지 않았다. 따라서 본 연구는 정방형 실린더의 모서리를 원형화하면서 각 경우에 대해 유동 불안정성 해석을 수행하여 Rec를 찾고, Re를 변화하며 정상 상태와 비정상 상태에 대해 계산을 수행하여 유동 특성과 유체력을 해석하였다.