층류 Juncture 유동의 말굽와류 구조에 대한 수치해석적 연구

초록

본 논문에서는 평행한 두 평판사이 유동에서 정육면체/평판구조의 정상 및 비정상 층류 juncture flow에 대해서 고찰하였다. 실제 유동에 위배되는 가정들을 가급적 배제하여 나비어-스톡스 방정식에 대해 전산해석을 수행하였다. 예상한대로 역압력 구배에 의해서 3차원 박리가 일어났고 그로 인해 말굽와류가 생성되었다. 이 말굽와류의 형태나 크기 또는 와류시스템은 레이놀즈수에 크게 영향을 받음이 확인되었으며 3차원적 구조를 자세히 관찰할 수 있었다. 그리고 말굽와류의 큰 특징인 singular point 즉 saddle point와 nodal point에서의 물리적 현상을 규명하였다. 비정상 말굽와류 시스템이 생성되기 위해서는 적절한 레이놀즈수와 배제두께의 존재가 필요한 것이 확인되었고 와류시스템의 비정상적 현상이 관찰되었다. 와류가 주기적으로 공급이 되고 소멸하는 현상이 관찰되었으며 이는 원형단면 실린더의 경우와 다소 차이를 보인다. 한편 말굽와류 시스템을 위상학적(topological)으로 관찰한 결과 원형단면 실린더의 실험과 많은 면이 일치되었다.