강제가진 조건에서 KC수에 따른 원형 실린더 주위 유동특성에 관한 연구

Abstract

원형 주상체에 작용하는 파랑 하중에 관한 연구는 원형 실린더가 주기적인 병진 운동을 하거나 또는 고정된 원형 실린더 주위 유체에 주기적인 흐름을 주어 간접적으로 수행할 수 있다. 이 때 중요한 무차원 수인 KC 수(Keulegan Carpenter number)에 따라다양한 유동특성들이 관찰되는데, 선행연구들을 통해 다양한 모드를 가지는 와류 구조가 관찰되는 것이 보고되어 왔다. 그러나 많은 연구들은 주로 300이하의 낮은 레이놀즈 수에 국한하여 KC 수 효과 특성을 보았으나, 실환경 조건에 가까운 유동특성을 고려하기 위해서는 3차원 난류유동 효과가 고려된 다양한 레이놀즈 수 조건에서 관련 연구를 수행할 필요가 있다. 본 연구에서는 고정된 KC 수 22 조건에서 레이놀즈 수 300-800까지 변화시켜가며 그에 따른 3차원 유동 특성을 수치해석을 통해 관찰하였다. 수치해석을 위해 상용해석툴인 Star-CCM+를 활용하였고, 3차원 실린더 주위 난류유동을 해석하기 위해 대형와모사법을 도입하였다. 해석 결과를 바탕으로 레이놀즈 수 변화에 따른 와흘림과 와류쌍들의 변화가 양항력 계수에 어떤 영향을 미치는 살펴보았다. 그리고 얻어진 수치해석 결과는 유사 조건에서 수행된 실험결과와 상호 비교를 통해 강제가진 조건에서 KC 수에 따른 유동 특성을 체계적으로 분석하였다.