가상압축성 기법을 이용한 비압축성 유동의 수치적 연구

Title
가상압축성 기법을 이용한 비압축성 유동의 수치적 연구
Authors
이형로
Keywords
가상압축성기법을이용한비압축성유동의수치적연구
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
본 연구에서는 2차원 비압축성 유동 해석을 위해 가상압축성 기법(artificial compressibility method)을 적용한 코드를 개발하고 다양한 비압축성 유동 문제에 적용하여 가상압축성 기법의 정확도와 수렴도의 특성을 확인하였다. 사용된 지배 방정식은 축대칭(axisymmetric)형태의 RANS(Reynolds Averaged Navier- Stokes) 방정식과 2-방정식 난류모델을 적용한 형태이다. 지배 방정식에 가상압축성 기법을 적용하고 수렴성 향상을 위해 Turkel의 예조건화 행렬을 사용하였다. 공간이산화 방법으로는 유한체적법을 사용하였고, 시간 이산화는 AF-ADI 기법을 통해서 이루어 졌다. 수치 비점성 유속 벡터는 Roe의 근사 리만해를 사용하였고, 공간에 대한 2차의 이산화 정확도를 위하여 MUSCL extrapolation 기법을 적용하였다. 또한 TVD(Total Variation Diminishing) 특성을 유지시키기 위해 limiter를 사용하였다. 난류 모델은 Coakly의 모델과 Menter의 SST 모델을 사용하였고, Naiver-Stokes 방정식과 난류 모델 방정식은 약한 연계방법으로 계산되었다. 수치해석은 비점성, 층류와 난류 유동에 대하여 수행하였으며, 선행연구자들의 실험과 수치해석 결과와 비교하여 그 정확도를 분석하였다. 또한, 가상 압축성 기법의 사용으로 인해 발생하는 두 매개변수, 가상압축성(artificial compressibility), 예조건화 인자(preconditioning factor), 의 값에 따른 수렴도를 비교하고 평가하였다.
Description
목 차 그림 목차 I 초 록 II ABSTRACT III 1. 서론 1 1.1. 연구 배경 1 1.2. 연구 목적 및 내용 2 2. 수치해석기법 3 2.1. 지배 방정식 3 2.2. 2-방정식 난류 모델 5 2.2.1. 모델 5 2.2.2. SST모델 6 2.3. 무차원화 8 2.4. 수치해석기법 9 2.4.1. 공간 이산화 기법 9 2.4.2. Roe의 근사 리만해 10 2.4.3. 고차의 MUSCL extrapolation 12 2.4.4. 점성항의 공간이산화 13 2.4.5. 시간 이산화 기법 14 2.4.5.1. 정상 유동 해석 14 2.4.5.2. 선형화 15 2.5. 경계조건 17 3. 수치해석 결과 19 3.1. 비점성 유동 19 3.1.1. NACA0012 익형 주위의 유동 19 3.2. 층류 유동 23 3.2.1. Cavity 유동 23 3.2.2. 구 주위의 유동 27 3.3. 난류 유동 32 3.3.1. 난류 평판 유동 32 3.3.2. 범프(bump) 유동 36 4. 결론 및 향후 과제 40 참고 문헌 41 APPENDIX A 44 그림 목차 Fig 1. Auxilary cell 13 Fig 2. grid for NACA0012 19 Fig 3. Isobar contours around airfoil 21 Fig 4. Surface pressure coefficients of Airfoil 22 Fig 5. Convergence histories of airfoil problem 22 Fig 6. Boundary conditions and gird for a cavity 23 Fig 7. Streamlines in a cavity versus Reynolds No. 25 Fig 8. Velocity profiles in a cavity. 25 Fig 9. Convergence histories of a cavity problem with . 26 Fig 10. Convergence history of a cavity problem versus Reynolds No. 26 Fig 11. grid for a sphere 27 Fig 12. Streamline around a sphere versus Reynolds No. 29 Fig 13. Drag coefficient of a sphere versus Reynolds No. 29 Fig 14. Surface pressure coefficients of a sphere versus Reynolds No 30 Fig 15. Surface skin friction coefficients of a sphere versus Reynolds No 30 Fig 16. Convergence histories of a sphere problem with . 31 Fig 17. Convergence histories of a sphere problem versus Reynolds No. 31 Fig 18. grid for turbulent flat plate 32 Fig 19. Velocity Profiles along a flat plate 34 Fig 20. Surface skin friction coefficient of a flat plate 35 Fig 21. Convergence histories of turbulent flat plate problem 35 Fig 22. gird for a bump 36 Fig 23. Boundary condition of a bump 36 Fig 24. Surface pressure 38 Fig 25. Surface skin friction 38 Fig 26. Eddy viscosity contours of a bump 38 Fig 27. Convergence histories of a bump problem 39
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22815
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College of Engineering(공과대학) > Aerospace Engineering(항공우주공학) > Theses(항공우주공학 석박사 학위논문)
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