Vortex shedding around a circular cylinder under the free surface: experimental study

Abstract

자유표면 존재하의 실린더 주변의Vortex shedding 현상과 vortex shedding에 관한 유체역학적 변수들에 관한 연구를 진행하였다. 실험 분석을 위하여 Particle Image Velocimetry (PIV)와 Data Acquisition (DAQ)를 활용하였다. 유동이 자유표면 근처에 위치한 원형 실린더 주변을 지나게 될 때, 무한 유체내의 유동과는 다르게 자유표면으로부터 또 다른 유동이 형성됨에 따라 세 개의 vortex layer가 형성되게 된다. 특히, 자유표면으로부터 형성된 vortex layer에 의해 유동박리, Strouhal 수, 압력 분포 등 유체역학적 변수들이 기존 무한 유체내의 vortex shedding에 의해 형성되는 값들과는 다른 값들 가지는 것을 확인하였다. 이때, 자유표면으로부터 발생하는 유동은 잠잠할 때의 수면과 실린더 윗부분과의 거리(h)와 실린더의 지름(D)의 비인 Gap ratio(h/D)와 Reynold 수에 의해 결정되는 것을 확인하였다. 두 변수를 활용하여 총 네 개의 경우로 분류 하였고, 각 경우에 따른 특징들을 실험적으로 분석하였다. 본 연구를 통하여 수중구조물이 자유표면 근처에 위치하게 될 때, 발생하게 되는 유체역학적 특징들을 분석하는데 도움이 될 것이라고 기대된다.