[사용사례] Wall Mounted Cube에 대한 유체 흐름 와류
글쓴이 : 김화기술    등록일 : 2015-08-21 오전 11:29:04
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Wall Mounted Cube 주위에 레이놀즈 수치에 따라 형성되는 3차원 채널 흐름에 대한 연구는 큐브 측면에 레이놀즈 수치에 따라 형성된 토네이도 형상의 흐름을 보여주었다. 



미국 해군 사관학교와 조지 메이슨 대학의 연구원들은 Tecplot 360EX를 이용해 처음으로 Wall Mounted Cube에서 horseshoe vortices의 흐름을 시각화 하였습니다. 



당신이 해변에서 발 주위의 모래가 파도의 의해 쓸려 내려가는 것을 느낀적이 있다면, 이미 당신은 직접적으로 유체 흐름의 효과를 경험했습니다. 일반적으로 파도가 발가락과 발의 경계에서 모래입자를 멀리 보낼 수 있는 와류를 생성합니다. 반면에 발은 천천히 모래 속으로 빠지게 됩니다. 이 현상은 여름에 경험할 수 있는 매혹적인 광경입니다. 그러나 이것은 물, 바람, 다른 물질의 흐름을 연구하는 사람들에게 있어서 구조물의 무결성을 해칠 수 있기에 큰 문제를 가져올 수 있습니다.


“하나의 예로 강, 호수, 바다에 기둥으로 세워진 다리를 예로 들 수 있습니다.”라고 미국 해군사관학교의 수학과 연구원인 Liakos씨는 말했습니다. “만약 기둥이 사각형의 단면이라면, 그리고 horseshoe vortices를 명확히 시각화 할 수만 있다면 엔지니어들에게 기둥의 최적의 모형을 설계하는데 있어서 엄청난 도움을 줄 수 있을 것 입니다.” 특히 날개 아랫 부분의 형성되는 박스형태의 많은 돌기들을 가진 항공기에도 적용을 할 수 있으며 더 다양하며 간편해진 변형을 할 수 있을 것 입니다.


Horse Vortices


그림 1. 연구원들은 cube 주위에 적정한 레이놀즈 수치에 의해 형성된 horseshoe vortices를 3차원의 채널 흐름으로 가시화 하였다. 이 연구는 또한 모든 레이놀즈 수치에 대한 큐브 측면에 형성된 토네이도와 같은 소용돌이를 보였다.




“다른 모든 연구원들도 지금까지 이와 같은 vortices들을 분명히 시각화하지 못했습니다. 여러분도 알고 계시듯 이와 같은 엔지니어링 설계에 필요한 해상도를 표현할 소프트웨어가 없었기 때문입니다. 특히 큐브 주위에 복잡한 구조가 형성되기 때문에 선명도 또한 필수적입니다.” 라고 Liakos씨는 말했습니다. “많은 연구원들의 노력이 있었기에 우리는 이 연구를 할 수 있었고 단지 지금은 그 다음과정을 진행할 뿐 입니다.”




Creeping 조건에서의 흐름 연구


 좀 더 나은 3차원상에 유체 역학의 이해를 위해서 Malamataris 씨와 Liakos 씨는 creeping 조건 내에서의 유체의 흐름 및 층 류의 모든 범위에서의 연구가 필요했다. 이것은 3차원 흐름 내에 적정하고 안정된 레이놀즈 수치를 찾아가는 것을 말한다.
 그들은 병령 구조로 형성된 코드를 이용하여 시뮬레이션을 가동하였다. 실제 실험실의 실험 조건에 따라 계산 영역을 설정하고, 결과 분석은 분리 3차원 이론을 적용하였다. 그리고 그 결과값을 Tecplot 360EX으로 결과값을 불러들였다.




그림 2. 실제로 horseshoe vortex는 레이놀즈 수치가 1266에 나타났다. 본 큐브에서 오른쪽 상단에 형성된 horsehoe vortex를 3차원으로 나타낸 모습이다.

  

Tornado vortex


그림3. Malamataris와 Liakos씨는 토네이도 형상을 가진 vortex를 다양한 레이놀즈 수치에 대해 시뮬레이션을 하여서 발견하였습니다. 위 그림의 vortex는 큐브의 측면과 바닥에 상반된 각을 이룬채로 형성된 것을 볼 수 있습니다. 레이놀수 수치가 증가함에 따라 이 vortex 형상은 전달력 증가로 인해 더 꼬여지게 된다.




기술 지원

Liakos씨는 “Tecplot 기술지원이 얼마나 좋은지 표현하기가 힘이 들 정도입니다. Tecplot은 이 어려운 작업을 강력하고 정교하게 표현할 수 있는 프로그램입니다. 가끔 사용한지 오래되어서 사용에 있어서 서튼점도 있었고 심지어 기능을 까먹기도 했습니다. 그렇기 때문에 제가 표현하고 싶은 것에 대해 알고 싶었고 이미 알고 있던 지식들도 더 자세히 알기를 원했습니다. 그 때마다 기술 지원을 요청하였고 그들은 매우 친절하게 지원을 해주었습니다. 또한 제가 원하는 것을 정확히 알아내어서 가장 효율적이며 정확하게 시각화하는 방법을 알려주었습니다. 그것은 정말 놀라웠죠”




온도와 시간의 효과들

이 협력연구는 Liakos와 Malamataris 시작일 뿐 입니다. 온도, 시간 및 비대칭 경계 효과 등 다른 변수에 관해서도 검토 및 연구를 진행할 예정입니다.


“Shearing은 각 개체 주의 온도에 영향을 줍니다. 온도에 있어 다양한 변수들은 많은 문제를 야기시킬 수 있으며 당신은 이것을 다루기를 원할 것 입니다.”
“Tecplot이 없었다면, 저는 이 연구를 하지 못했을 것 입니다”라고 그가 덧붙였다.




원문 : http://www.tecplot.com/blog/2015/08/19/visualizing-vortices-fluid-flow-cube/

 



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