PIV 기법을 이용한 초임계 영역 레이놀즈 수의 원형 실린더 주위 유동 특성 연구

Abstract

해양구조물을 대표하는 형상 중 하나인 원형 실린더 주위 유동 특성에 관한 연구는 과거 연구자들로부터 많이 진행되어 왔으나, 주로 레이놀즈수가 이하인 아임계 영역에 초점이 맞춰져 왔다. 그러나 레이놀즈 수가 이상에 해당하는 초임계 영역에서는 박리재부착으로 인한 박리 거품의 발생과 이로 인한 경계층의 난류 천이가 박리 점을 하류로 지연시키는 특성이 나타나기에 아임계 영역의 유동 특성과는 차별화 되며 항력 계수에서 많은 차이를 보이는 것으로 알려져 있다. 해양구조물의 실제 운영 환경에서의레이놀즈 수는 ~인 점을 감안한다면, 아임계 영역보다 실선 유동에 좀 더 가까운 초임계 영역의 유동특성 이해는 매우 중요하다. 그러나 초임계 영역에 대한 연구 결과는 항력 계수와 압력 분포에 초점이 맞춰진 반면에 유동장에 대한 정보가 없어 난류 특성평가관점에 정보가 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 입자영상유속계를 활용하여 실린더 주위 난류 유동장을 계측하였으며, 실험 조건은 초임계 영역에 맞추어 진행하였다. 초임계 영역에 대한 유동특성을 아임계 유동 특성과 비교하였을 때 많은 차이가 있었는데 특히, 박리 재부착에 의한 유동 특성이 실린더 후류에 많은 영향을 주어 난류적 특성에도 많은 영향을 미치는 것을 확인하였다. 또한 본 연구를 통해 얻어진 PIV 유동장 결과는 선행연구들로 관찰된 국부 유동특성들과 잘 일치하는 것을 확인하였으며, CFD 난류 모델 검증을 위해서 검증 자료로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.