전단자유조건을 이용한 박리수포가 존재하는 평판 유동 제어

Abstract

난류 경계층 유동에서의 박리는 유동 전반에 악영향을 미치고, 이러한 문제를 해결하기 위한 다양한 방법들이 제안되어 왔다. 그러나 전단자유조건(shear-free condition)을 이용하여 난류 경계층 유동에서의 박리수포 제어에 관한 연구는 제안된 적이 없다. 본 연구의 목적은 박리가 있는 난류 경계층 유동에 적용된 전단자유조건을 이용하여 박리수포의 크기를 효과적으로 제어하는 것이다. 입구에서의 운동량 두께로 정의 된 레이놀즈수 300에서의 박리가 있는 난류 경계층 유동을 모사하기 위해 직접수치모사(direct numerical simulation, DNS)를 사용했다. 박리수포를 제어하기 위해 박리수포 보다 이전에 설치된 제어면에는 전단자유조건과 점착조건이 교차하는 패턴이 위치한다. 제어면의 패턴은 주유동방향에 나란하게 배열하였고, 다양한 패턴 폭으로 고려했다. 제어면 위에서 전단자유조건과 점착조건이 교차하는 한 쌍의 패턴 폭에 상관없이 제어하지 않은 경우에 비해 박리수포 제어에 효과를 확인했다. 전전단자유조건과 점착조건이 교차하는 한 쌍의 패턴 폭이 작아질수록 제어 효과가 약해졌으며, 가장 제어가 잘 된 경우에는 박리수포의 길이와 재순환영역의 면적이 각각 15%와 45% 감소됐다.