Cross Flow 천이를 고려한 Hybrid RANS/LES 기법에 대한 수치적인 연구

Abstract

복잡한 난류 운동을 모사하기 위한 방법으로는 모든 길이 스케일의 난류 유동을 직접 모사하는 DNS와 큰 길이 스케일의 난류 운동만을 직접 모사하고 작은 길이 스케일의 경우 모델링을 수행하는 LES가 있다. 하지만 DNS와 LES는 정확도는 높지만 지나치게 많은 수의 격자가 요구되기 때문에 공학적인 문제의 적용에 어려움이 따른다. 이러한 어려움을 해결하기 위해 모델링을 통해 난류운동을 모사하는 RANS가 제안되었다. RANS의 경우 적은 수의 격자로도 난류 운동을 모사할 수 있지만 DNS와 LES와 달리 층류 난류 천이를 예측할 수 없고 큰 박리 영역에서 해석 성능이 저하된다. 이러한 RANS의 한계점 때문에 층류 난류 천이를 예측하기 위해 correlation based transition model이 제안되었으며 박리 영역에서 해석 성능 향상을 위해 hybrid RANS/LES가 각각 제안되었다. 또한, correlation based transition model의 천이 예측 성능과 hybrid RANS/LES의 박리 영역에서 성능을 모두 가지기 위한 여러 가지 혼합 모델이 제안되었다. 하지만 대부분의 연구는 DES나 DDES를 천이 모델과 혼합하였으며 최근에 제안된 IDDES를 천이 모델과 혼합한 연구의 수는 적다. 따라서 본 연구에서는 IDDES와 correlation based transition model 혼합을 위한 수치적인 연구를 수행하였으며 cross flow를 고려한 천이 모델과의 혼합에 대한 연구도 수행하였다. 본 연구에서는 먼저 IDDES와 correlation based transition model의 혼합 모델을 제안하였으며 검증을 위해 층류 박리가 발생하는 원형 실린더와 익형의 앞전에서 층류 박리 거품이 발생하는 익형에 대해 유동 해석을 수행하였다. 또한 cross flow 천이 모델과의 혼합 모델 검증을 위해 3차원 형상 spheroid와 ONERA M6 wing 주위 유동해석을 수행하였으며 천이지점을 실험결과와 비교하였다. 검증 결과 혼합 모델의 경우 층류 난류 천이에 의한 유동 변화를 포착할 수 있었으며 박리 영역에서의 해석 능력 또한 향상되었다.