Detached Splitter를 이용한 원형 단면 실린더의 항력제어

초록

본 연구에서는 2차원 원형 단면 실린더의 후류에 실린더 직경과 같은 길이의 분리판을 주 유동방향으로 점점 분리시키면서 실린더에 작용하는 항력의 변화에 대해 수치해석적 연구를 수행하였다. 분리판을 실린더에 부착했을 때에는 분리판이 없을 때 보다 실린더의 항력이 감소했지만, 분리판의 위치가 실린더에서 멀어질수록 항력값은 더욱 감소하였다. Re=100, 160일 때는 G/d=2.6에서 항력값이 최소가 되고 이 지점보다 더 멀어지면 항력계수가 갑자기 증가하는 현상을 보였다. 실린더와 분리판 사이의 wake 영역은 최적값까지는 2개의 전단층으로 분리되었고, 유동장이 상호 교환하여 shedding을 발생시키는 경향을 분리판이 최대한 억제하는 기능을 하였다. 이로 인해 실린더 후류에서의 재순환 구역의 크기가 최대가 되었고 실린더의 박리점 또한 전면부로 이동하였다. 결국 분리판으로 인하여 실린더 후면의 압력값이 높아져서 실린더의 전, 후면 압력 차이가 줄어들어 항력값이 감소하는 경향을 보인 것이다. 또한 실린더에 분리판을 부착했을 때보다 최적지점까지 분리시킬 때 실린더의 항력이 Re=100일 때는 3%, Re=160일 때는 6% 더 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 실린더의 항력을 감소시키는 방법으로서, 주 유동방향으로 분리판을 실린더 후류의 최적점에 위치시키면 좋은 결과를 얻을 수 있다는 것을 알았고, 이는 앞으로 항력을 제어하는 여러 공학 문제에 있어서 많은 도움이 될 것이다.