On the Flow Characteristics around a Circular Cylinder according as the Water Depth from the Free Surface

자유수면에 인접한 원형실린더형 몰수체 주위의 유동특성에 관한 연구

김옥석*․손창배†․이경우**

*목포해양대학교 연구원, †한국해양대학교 해양과학기술연구소, **목포해양대학교 해양시스템공학부 조선해양공학과 교수

On the Flow Characteristics around a Circular Cylinder according as the Water Depth from the Free Surface

Ok-Sok Gim*․†Chang-Bae Shon․Gyoung-Woo Lee**

* Researcher, Mokpo National Maritime Uni., Mokpo, 530-729, Korea

†Research Institute of Marine Science and Technology, Busan, 606-791, Korea

** Division of Ocean System Engineering, Mokpo National Maritime Uni., Mokpo, 530-729, Korea

요 약

: 원형실린더가 균일한 유입유동에서 자유수면 으로부터 깊이를 달리했을 경우 박리점, 경계층 및 칼만 와열의 주기 등의 변화로 인하 여 시스템 전체 에너지에 변화를 초래한다. 본 연구에서는 원형실린더의 침수 깊이를 변화시키며 Re=1.0×10

³

에서 유동장을 계측하였다. 2차원 그레이 레벨 상호상관 PIV기법을 이용하여 원형실린더 주위의 유동특성을 알아보기 위하여 상호 비교하는 방법을 적용하였다. 자유수면의 점 성과 마찰에 의해 발생하는 원형실린더 주변유동은 경계층을 변화시키고 후류유동에 교란을 일으킨다. 특히, 몰수체의 깊이가 d=1.0D의 경우에 있어서 경계층의 변화가 후류로 길게 형성되었다. 원형실린더의 깊이가 d=1.5D에서부터 자유수면의 영향이 감소하고 칼만 와열이 발달하였다.

핵심용어

: 원형실린더, 유동장, 자유수면, 입자영상유속계

Abstract

: The free surface influenced the wake behind a circular cylinder and its effects were investigated experimentally in a circulating water channel with the variation of water depth. Instantaneous velocity fields were measured in this paper. The measured results has been compared with each other to investigate the flow characteristics of the circular cylinder's 2-dimensional section at Re=1.0×10

³

using 2-frame grey level cross correlation PIV method. The flow around the circular cylinder with free surface affected the wake structure.

Especially, in case of d=1.0D, the boundary layer was measured in the whole area. The separation point and boundary layer of the circular cylinder could be controlled by the water depth.

Key words

: Circular cylinder, Flow field, Free surface, Particle Image Velocimetry

†교신저자 : 정회원, [email protected] 051)410-4350 * 정회원, [email protected] 016)614-3001

** 정회원, [email protected] 011)9339-3589

1. 서 론

원형실린더는 기하학적 형상이 단순하지만 실제 응용 면에 서 많은 해양구조물에 적용되기 때문에 유동박리와 후류유동 에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 또한 선박이나 해양구조물이 일정깊이에서 운동하는 경우에 발생하는 유동현 상은 깊이 잠겨있는 몰수체의 경우와는 사뭇 다르다. 이러한 몰수체가 수면 가까이 위치해 있을 때는 몰수체에 의한 수면 부근의 유동장 교란이 과도하여 극한적인 형태의 파형으로 물 체에 의해 주어지는 운동에너지를 감당할 수 없으므로 쇄파에 의한 그 에너지의 일부를 난류 에너지로 방출하게 된다(현 등, 2000).

김 등(2008)은 PIV기법을 적용하여 원형실린더에 크기가 다

른 제어봉을 부착하여 제어봉에 따른 근접 후류 유동제어 효 과를 계측하였다. 또한 이와 유사한 연구로 원형실린더 전단층 에 부가물을 부착하여 후류의 유동을 제어하여 에너지를 변화 시키고 와류유출을 제어하는 등 다양한 연구가 진행되고 있다 (Kerwin et al, 1972).

강 등(2008)은 주기적으로 회전 진동하는 원형실린더 주위의

비정상 폐쇄효과에 대한 수치연구에서 강화된 비정상 압력구

배에 의해 원형실린더 주위의 흐름이 가속되어 강한 와류 발

생으로 후류 기저압력을 감소시켜 항력을 보다 크게 하는 효

과가 있음을 증명하였다. 김 등(2008a)은 자유수면 부근에서

정속으로 움직이는 물체 주위의 수치해석을 통하여 선박의 점

성저항, 조파저항 등 선박 주위 유동해석에 유용하게 VOF법

의 적용이 가능하다는 것을 증명하였다. 또한 김 등(2008b)은

FLUENT - VOF법을 이용하여 3가지 형태의 중형 슈퍼요트 의 선형에 따른 장단점을 비교하는 방법으로 유체 공학적 특 징을 분석하였다.

백 등(2005)은 2차원 PIV기법을 이용하여 단독으로 회전하 는 프로펠러 후류에 대한 자유표면의 영향을 분석한 결과, 자 유표면은 프로펠러 Slipstream 내부의 축방향 속도를 저하시 킬 뿐만 아니라 날개끝 부근의 축방향 속도성분을 저하시켜 날개끝 보오텍스 거동에 영향을 준다. 또한 자유표면은 와구조 에 영향을 주어 날개끝 보오텍스들을 자유표면 쪽으로 상승하 도록 한다. 수심 변화는 정압과 자유표면의 형상 변화뿐만 아 니라 프로펠러 후류 구조에도 크게 영향을 미치는 것으로 이 해된다고 밝혔다.

본 연구에서는 자유수면 으로부터 깊이에 따른 원형실린더 주위의 2차원 유동특성을 PIV기법을 적용하여 계측하였다. 이 를 통해 자유수면 으로부터 깊이가 원형실린더 주위 경계층 변화, 유속분포 및 칼만 와류의 변화에 미치는 영향을 고찰하 고자 하였다.

2. 실험장치 및 조건

Fig. 1은 원형실린더 모델 주변 유동정보 계측을 위한 PIV 시스템의 개략적인 구성도이다. 직진성과 반사성이 우수한 레 이저의 2차원 광원을 계측영역에 조사하여 1.0

^L

×0.3

^B

×0.3

^D

㎥의 회류수조영역에서 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 유체는 13℃ 전후의 유체를 사용하였다. 모델의 직경은 20mm 아크릴 계 원형실린더를 사용하였다. 또한 유동의 추적을 위해 비중이 물과 비슷한 PVC계열의 일정한 크기의 입자를 사용하였다. 세 부적인 실험조건은 Table 1과 같다. 실험에 사용된 모델은 Fig. 2와 같으며 유입유동(U), 원형실린더 지름(D) 자유수면 으로부터 수심(d)을 그림과 같이 정의하였다. 원형실린더는 회 류수조의 관측창의 중앙에 유입유동과 수직한 방향으로 배치 하였다.

실험에 적용한 유동가시화 기법은 비접촉 방식으로 유동에 교란을 가하지 않는 상태에서 유체의 변위정보를 추출하여 물체주위의 속도벡터를 계측하는 PIV기법을 적용하였다. 박

Fig. 1 Schem atic arrangem ent of P IV system

등(2004)에 의하면 깊이방향에 따른 속도분포의 차는 자유표 면으로부터 깊어질수록 점차 증가한다고 알려져 있다. 유동장 의 계측영역으로는 몰수체 주위의 유동 중 후류유동에 대한 계측을 위해 원형실린더 지름의 5배 후방까지 유동정보를 계 측하였다. 원형실린더 지름에 기초한 레이놀즈수는 Re=1.0×10

³

로 회류수조와 모델의 크기를 감안하여 성능평가 에 적합한 유입유동을 적용하였다. 실험조건 중 자유수면 으 로부터 증가하는 깊이의 비는 원형실린더 반지름의 크기를 기 준으로 6단계로 나누어 원형실린더 지름의 3배까지 증가시켜 상호 비교 평가하였다.

D=20mm

d = depth

X Y

Flow in Flow out

Free surface

Bottom

U

^ㆀ

Fig. 2 Coordinate system and model setup

Table 1 Experimental condition

Item Specification Light source SLOC laser(GL532H-500mW) Sheet light Cylindrical lens(Width≒2mm) Working fluid Fresh water (13±1℃) Time resolution 125 FPS

Grid(X*Y) 100*60

Particle PVC(ρ : 1.02, φ : 150㎛)

Dimension Circular Cylinder Diameter : 20mm

Algorithm 2-frame grey-level cross correlation CACTUS v.3.1

3. 실험결과 및 고찰

Fig. 3은 원형실린더 주위의 유동가시화한 결과를 나타낸 것 이다. Fig. 3(a)은 몰수체의 깊이 d=0.5D로 자유수면 으로부터 원형실린더가 50% 노출된 상태에서 유동가사화한 결과이다.

유입되는 유입유동이 원형실린더의 침수하부를 지나 후방에서

미소하게 경계층 영역을 형성하고 있다. 유입유동이 자유수면

을 따라 흐르다가 원형실린더에 의해 자유흐름에 방해를 받아

실린더 침수부분 하부에서 박리가 발생하여 자유수면과 상호

작용을 통하여 다소 짧은 경계층 영역을 포함한 후류유동으로

(a) d=0.5D (b) d=1.0D (c) d=1.5D

(d) d=2.0D (e) d=2.5D

Fig. 3 Flow visualization around a circular cylinder

발달되고 있다. Fig. 3(b)는 d=1.0D로 자유수면에 원형실린더 상부가 접해진 상태로 완전히 침수된 상태의 유동가시화 결과 이다. 자유수면에 절반이 노출된 Fig. 3(a)에 비하여 넓은 영역 의 난류경계층을 형성하였다. 계측영역 끝단까지 길고 두꺼운 난류경계층은 자유수면에 접하여 형성되고 있으며 후방에서 진폭이 증가하였다. 경계층 내에서 발단된 유동분포는 유입유 동이 원형실린더를 지나면서 박리가 발생함으로 인해 교란되 는 성분이 자유수면과 상호작용이 일어나 경계층이 증가하였 다. Fig. 3(c)는 깊이가 d=1.5D인 경우를 나타낸 결과이다. 원 형실린더 후방에서 발생하는 일정규모의 상하 대칭적인 와의 생성과 후방으로 발달하는 칼만 와류의 열이 시작되는 영역으 로 나타났다. Fig. 3(d)는 원형실린더의 깊이가 d=2.0D인 경우 로 칼만 와류의 열이 선명하게 후방까지 발달하고 있다. 또한 후방에서 발달된 와류에 의한 경계층 영역이 크게 증가하고 있다. 자유수면의 점성마찰에 의한 칼만 와류 흐름에 영향을 미치는 구간으로 나타났다. Fig. 3(e)에서는 원형실린더의 깊이 가 d=2.5D인 조건에서 유동가시화 결과를 나타낸 것이다. 실린 더 후방에서 상하 대칭구조의 와가 형성되고 있으며 경계층 내에서 불규칙한 교란되는 후류유동이 감소하였다. 또한 자유 수면에 의한 영향이 점차 줄어드는 경향을 보이고 있다. Fig.

3(f)는 원형실린더의 깊이가 d=3.0D인 경우의 유동가시화 결과 를 나타낸 것이다. 상하로 반복적으로 나타나는 칼만 와류의 형상이 자유수면 으로부터 자유로워져 고유의 주파수 영역을 형성하고 있다.

Fig. 4는 원형실린더형 몰수체가 자유수면에서 깊이를 달리 했을 때 나타나는 순간의 유동특성을 계측한 결과이다. Fig.

4(a) d=0.5D의 경우는 자유수면에 원형실린더가 절반 잠긴 상 태를 나타낸 결과이다. 유입유동이 자유수면에 접한 원형실린 더 후방에서 비교적 짧은 경계층 영역을 형성하고 있다. 유입 유동이 원형실린더 상부와 하부를 통과하면서 상호 반복되는 주기적인 흐름이 자유수면에서 발생하는 점성의 영향으로 원 형실린더 후류유동의 발달을 억제하고 있다. 즉 원형실린더 후

류에서 와의 생성이 작게 일어나 곧 소멸되는 특성을 보이고 있다. 원형실린더 정체점 전방에서도 자유수면의 점성에 의한 영향으로 낮은 속도분포가 나타나고 있다. 이는 박리에 의해 발생되는 분포라기보다 자유수면에 접한 원형실린더에 의해 자유유동이 역방향의 반류와의 상호작용에 의해 형성되는 성 분으로 정체점 전방에서 경계층이 형성되는 특성을 보이고 있 다. Fig. 4(b) d=0.5D의 유입유동과 평행한 방향의 흐름을 살펴 보면 난류경계층 영역은 실린더 하부로 발달하지 못하고 후방 으로 이동하다가 소멸된다. 또한 Fig. 4(c) d=0.5D에서 유입유 동과 수직한 성분의 분포를 살펴보면 실선과 점선으로 구분된 양(+)과 음(-)의 속도분포는 실린더 하부에서 음(-)의 속도성 분이 강하게 나타나고 있다. 이에 반하여 실린더 후방 난류경 계층 영역에서 와의 생성에 의해 강한 양(+)의성분이 나타나지 만 그 영역이 넓게 분포하지는 못하고 곧 다시 음(-)의 성분이 계측한 유동장의 끝단에서 발생하고 있다.

Fig. 4(a) d=1.0D는 원형실린더 상부가 자유수면에 접한 경 우의 후류 유동변화를 나타낸 것이다. Fig. 3(b)의 유동가시화 결과에서 살펴본 바와 같이 난류경계층 영역이 자유수면과 접 하여 관측영역의 끝부분까지 넓게 증가하면서 발달하였다. 난 류경계층의 원형실린더에 근접한 영역에서는 대체로 소규모 와가 생성되었고 후방에서는 대규모 와가 생성되었다. Fig.

4(b) d=1.0D의 유입유동과 평행한 방향의 흐름에서 경계층 영

역의 내부구조를 살펴보면, 무차원계수 -0.4인 속도분포를 보

이는 구간이 x/D=4～x/D=10까지 넓은 영역에 걸쳐 분포되어

있다. 또한 Fig. 4(c) d=1.0D의 유입유동과 수직한 방향의 흐

름에서도 전방에서 생성되는 음의 낮은 속도분포가 전체 실

험조건 중 가장 강하게 나타나고 있다. 후류에서도 음의 속

도분포가 간헐적으로 생성되어 양(+)과 음(-)의 성분이 교차

하면서 발달된 난류의 유형을 보이고 있다. 크기가 다른 양

과 음의 수직방향 유속분포는 와의 생성을 의미하며 자유수

면과 접한 부분에서는 상대적으로 낮은 음의 성분이 나타나

고 있다.

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5

6 0.5D

1.00 1.00

1.00 0.90

0.80 0.60

0.20 0.50 0.90

0.80 0.70

0.60 0.00

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

0.5D

-0.02 -0.02

-0.04 0

0.02 0.04

0 0

0 -0.02

-0.02

0.04 0.12

-0.02 -0.06-0.1

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

-0.14 -0.12 -0.1 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.080.1 0.12

0.5D

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

1.0D

1.10 1.00

0.90 0.80 0.70

0.60

0.00 -0.10

0.10 1.00

1.10

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

1.0D

^{-0.05 0}

0.05 0.1 0.05 0

-0.1 -0.15

-0.2 -0.05

0 0

-0.05 -0.05

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

1.0D

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

1.5D

1.00 1.10

0.90 1.00 0.90 0.50 0.50 0.30

1.00 0.90

0.80 0.70

0.60 0.60

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

1.5D

0 -0.05 0

-0.1 -0.15

-0.25 0.25

0.1 0.05 0.05

0 -0.05

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

1.5D

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

2.0D

1.00

1.00 1.10

0.90 0.80

0.700.70 0.70

0.50 0.60

0.40

0.90

1.00

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

2.0D

-0.05

0 0 0

0 -0.1

0 0.05 -0.05 0

0.2 0.1

0.05

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

2.0D

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

2.5D

1.00 0.90

0.90 0.80

0.80 0.70 0.60

0.40 0.60 0.80 1.00

1.10 0.80

0.70

0.90

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

2.5D

-0.05 -0.3

0 -0.05 0

-0.1 -0.15

0 0.05

0.1 0.15

0 0 0.05

-0.05

0.05 -0.2

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

2.5D

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

3.0D

0.80 0.80

0.90 0.90

0.90

1.00 1.10 1.00

0.50 0.60 0.60 1.00 1.10

0.80

0.90

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

3.0D

0

0.1 0.2

-0.1 -0.2

-0.1 0

0.1 0.4

-0.1 0

-0.3 0.2

x/D

y/D

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 1 2 3 4 5 6

3.0D

(a) Streamline (b) U-components (c) V-components

Fig. 4 Instantaneous velocity field

Fig. 4(a) d=1.5D의 경우는 자유수면에서 원형실린더 직경의 1.5배의 깊이까지 증가시킨 상태에서의 유동계측 결과이다. 원 형실린더 후방에서 상․하부에 각각 한 쌍의 와동이 생성되었 다. 또한 후방에서 시간에 따라 진동하는 두 개의 와동이 서로 나란히 배치되는 칼만 와열이 현성되고 있다. d=1.0D의 난류의 형태가 깊이가 증가함에 따라. 비정상상태이지만 와열의 주기 성을 보이고 있다. 유입유동과 평행한 성분의 분석에 서 알 수 있듯이 와열에 의한 상하 진동에 의해 경계층 영역이 증가하 고 있다. 또한 원형실린더와 자유수면 사이에서 빠른 유동이 나타났다. 유입유동과 수직한 성분에서 실린더 전방의 정체점 하부에서 음(-)의 속도분포가 감소하고 있다. 이와 더불어 원 형실린더 후방에서 와열의 발생위치에서 교차로 진동하는 성 분이 나타났다. 특히 진동하는 와열의 크기가 큰 부근에서 강 한 양(+)의 성분이 발생하였다.

Fig. 4(a) d=2.0D의 경우는 자유수면 으로부터 원형실린더의 2배의 깊이까지 증가시킨 상태에서의 주변유동의 변화를 계측 한 결과를 나타낸 것이다. 자유수면의 영향을 일부 벗어나 d=1.5D의 경우보다 와열의 크기가 후방으로 길게 형성되었다.

원형실린더 상․하부에서 대칭을 이루는 강한 유동의 형상이 뚜렷하게 나타났다. 그러나 자유수면의 영향에 의해 상부에서 는 상대적으로 하부보다 낮은 속도분포를 보이고 있다. 쌍을 이루어 형성되는 원형실린더 후방의 와동의 형성이 뚜렷하게 나타났다. 또한 후류에서 속도구배는 와열의 진동에 의해 크게 나타났다. 와열의 특성은 후류에서 그 진폭이 커지는 특성을 보이고 있다. 유입유동과 평행한 성분인 x방향의 성분(u)은 넓 게 분포하는 후류의 경계층 영역을 뚜렷하게 보여주고 있다.

유입유동과 수직한 성분(v)을 살펴보면 주기적으로 상하로 진 동하는 값이 보다 크게 나타났다. 진폭이 큰 후방에서 낮은 분 포의 값이 넓게 분포하였다.

*********** * ** ********* ************** *******

ooo o ooo o

oo oo oo oooo o

o oo o

oooooooooooo oooooo oo o +++ ++

++ +

+ ++ ++ ++ + +++ +

+

+ ++++++++++++ +++++ +++++

DDDDD DDD

DDDDDDDDDDDDDD D

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD T im e (S e conds)

TotalKineticEnergy(kgm^2/S^2)

0 0.1 0.2 0.3

60 61 62 63 64 65 66 67

d= 0 .5 D d= 1 .0 D d= 1 .5 D d= 2 .0 D d= 2 .5 D d= 3 .0 D

o * +

D

Fig. 5 Total kinetic energy distributions

Fig. 4(a) d=2.5D는 원형실린더 박리점에서 상하 대칭성을 완전히 회복하였다. 상부와 하부의 속도구배도 안정적으로 형 성되고 있으며 후방에서 생성되는 와열의 형상도 규칙적인 주

기와 일정한 진폭으로 후류를 형성하고 있다. 원형실린더 후방 에서 쌍으로 형성되는 와의 형태도 상하 대칭적인 형상으로 나타났다. 칼만 와류의 상하부의 속도구배도 와열의 주기에 따 라 다르지만 상호 대칭성을 보이고 있다. 유입유동과 수직한 성분에서는 와열의 주기적인 움직임을 교차로 양(+)과 음(-)의 값으로 뚜렷하게 보이고 있다. d=3.0D에서도 칼만 와열의 형상 에 의한 결과가 유사하게 나타났다.

Fig. 5는 원형실린더가 자유수면 으로부터 깊이에 따른 전체 운동에너지를 상호 비교하여 도시한 것이다. 속도장에서 보았 듯이 운동에너지는 자유수면 부근에서 활발히 일어나고 있는 것을 알 수 있었다. d=0.5D는 다소 일정한 분포를 보이고 있다.

d=1.0D는 후류의 경계층 난류경계층 영역이 넓게 분포되었듯 이 가장 강한 운동에너지를 나타내고 있다. 또한 d=1.5D는 자 유수면의 영향을 받고는 있지만 완전히 침수된 형상으로 운동 에너지가 다소 감소하는 경향을 보이고 있다. d=2.0D에서는 자 유수면에 의한 영향을 벗어난 영역으로 상대적으로 낮은 분포 를 보이고 있다. 즉, d=2.0D를 경계영역으로 자유수면에서 성 질이 다른 유체의 밀도차에 의한 점성항력에 의한 영향을 벗 어나는 구간임을 확인 할 수 있다. d=2.5D에서는 운동에너지가 다소 증가하는 경향을 일부 나타내지만 d=3.0D와 d=2.0D의 결 과와 비슷한 경향을 보였다.

4. 결 론

자유수면에서 깊이를 달리하는 원형실린더 주위의 유동계측 을 위해 레이놀즈수 Re=1.0×10

³

의 균일 흐름 중에서 PIV기법 을 이용하여 유선구조, 속도장 및 운동에너지 특성을 알아보았 다. 순간적인 유동분포를 통해 원형실린더형 몰수체 주위의 유 동특성을 평가하는데 일부 한계를 가지고 있으나, 본 연구의 결과로서 자유수면에 인접한 원형실린더형 몰수체 주위의 유 동특성에 대한 정성적인 이해가 가능하였다. 단계적인 몰수체 의 수심변화를 상호 비교분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻 을 수 있었다.

전체 운동에너지는 d=1.0D에서 가장 강하게 분포하였으며 d=1.5D와 d=2.0D를 경계로 운동에너지가 크게 변화하였다. 즉 자유수면이 원형실린더에 영향을 미치는 영역은 d=1.5D 이내 로 나타났으며 그 이상의 깊이에서는 자유수면의 영향이 감소 하였다. 난류경계층은 자유수면에서 원형실린더 깊이가 d=1.0D인 경우에 크게 증가하였으며, 후방 끝단에서 대규모 와 의 생성으로 음(-)의 분포가 난류경계층 내부에서 길게 후방으 로 형성되었다. 원형실린더 후류에서 주기적인 와열의 내부에 서는 진동하는 와열의 진폭이 큰 부근에서 강한 양(+)의 성분 이 발생하였다.

본 연구는 몰수체의 깊이에 따른 박리유동, 경계층 및 운동

에너지 분포를 통해 자유수면에서 깊이에 따른 유동특성에 대

한 기초자료로 활용이 가능하리라 판단되며 향후 시간평균 유

동장과 압력분포에 대한 추가연구를 통해 연구의 완성도를 향

상시키고자 한다.

후 기

본 연구는 교육과학기술부와 한국산업기술재단의 지역혁신 인력양성사업으로 수행된 연구결과임

참 고 문 헌

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원고접수일 : 2010년 5월 6일

심사완료일 : 2010년 6월 22일

원고채택일 : 2010년 6월 23일