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문제 정의
그의 연구는 주로 낮은 레 6놀즈 수에 국한되어 있으나, 난류 유동에의 적용도 곧 가능해지리라 예상된다. 본 연구진에서는 낮은 레이놀즈수에서 디퓨져 및 곡면 덕트의 초적형상 설계를 수행하여 각각의 최적 형상을 제시한바 있다. 난류 경계층 유동에 用 어떠한 형상의 표면이 최소의 항력을 보여줄 것인가.
난류 제어는 크게 뭉툭한 물체 주위의 유동 제어와 유선형 물체 주위의 유동 제어로 나뉠 수 있다. 이 글에 刈는 유선형 물체 주위의 대표적 유동장인 난류 경계층 유동에 대한 난류 제어에 대 司여 소개하고자 한다.
능동 난류 제어는 물리적 관찰에 의거한 방법과 체계적인 제어이론을 이용한 방법으로 나뉠 수 있다. 이 글에서는 이들 방법을 이용한 연구 결과를 중심으로 능동 난류제어 연구를 알아본다.
제안 방법
벽이 존재하는 유동장에서의 난류 제어는 주로 수동적 방법에 국한되어 왔다. 즉, 조직적인 난류 구조둘 외 상호작용을 억제시키기 위한 시도로서 난류 유 동장 내에 수동제어 장치들을 두었다. 이 수동제어 장치는 동적인 에너지 입력이 없다는 의미에서 수동제어라고 불린다.
항력감소와 난류성 분 변화의 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 최근 돌어, 본 연구진은 직접 수치 모사를 이용하여 자기장에 의한 난류항력 감소에 대한 메커니즘을 제시하였다. 이를 보면.
최근, 본 연구팀은 실린더 주위 유동의 제어와 후향계단 주위 유동의 제어에 준최적 제어 방법을 사용하여 좋은 결과를 제시하였다.
성능/효과
1994년 저자 등은 유선 방향 보 텍스를 제어하기 우】해, 벽면에 用 약간 떨어진 곳(벽 단위로 10)에 서의 벽면 수직 속도 성분과 정반대가 되는 속도로 벽에서의 분사/흡입을 행하였다. 그 결과 약 25%의 항력감소를 획득하였고, 난류 섭동량은 모두 감소하였다. 제어 초기에는 벽면의 분사로 인하여 높은 전단응력을 가지는 국소 지역이 벽 위로 이동하여 항력감소 효과가 나타나고, 분사/흡입이 계속하여 진행될 경우 유선 방향 보텍스의 강도를 감소시켜 항력감소를 얻게 됨을 보였다.
그 결과 약 25%의 항력감소를 획득하였고, 난류 섭동량은 모두 감소하였다. 제어 초기에는 벽면의 분사로 인하여 높은 전단응력을 가지는 국소 지역이 벽 위로 이동하여 항력감소 효과가 나타나고, 분사/흡입이 계속하여 진행될 경우 유선 방향 보텍스의 강도를 감소시켜 항력감소를 얻게 됨을 보였다. 이는 난류 경계층 유동의 능동적 제어를 최초로 수행한 제어 결과이며, 유선 방향 보텍스의 제어로 인하여 항력이 감소될 수 있디는 가능성을 최초로 제시한 연구 결과이다.
최근 저자 등이 수행한 연구에 의하면 벽면의 높은 전단력은 벽면 가까이의 유선 방향 보 텍스와 밀접한 관련이 있고, 유선 방향 보텍스로 인하여 벽면방향으 로의 강한 유동이 발생할 때 그 부근의 벽면 전단력이 급속히 증가 됨이 확인되었다. 또한, 벽면에서의 분사/흡•립。] 유선 방향 보텍스의 강도를 감소시킬 때, 20〜30%의 항력이 감소될 수 있음을 보였다. 이러한 유선 방향 보 텍스와 항력의 관계룰 이용하여 리블렛에서 의 항력감소를 설명할 수 있었다.
후속연구
최적 제어이론을 이용한 최적 형상 설계 가능성은 1973년 프랑스 수학자인 Pironneau에 의해 개발되었다. 그의 연구는 주로 낮은 레 6놀즈 수에 국한되어 있으나, 난류 유동에의 적용도 곧 가능해지리라 예상된다. 본 연구진에서는 낮은 레이놀즈수에서 디퓨져 및 곡면 덕트의 초적형상 설계를 수행하여 각각의 최적 형상을 제시한바 있다.
이 장치는 난류로의 천이를 지연시킨다고 보고되고 있으나, 유연 벽면이 난류 경계층 유동의 항력을 감소시키느냐에 대해서는 논란이 많다. 벽면의 탄성을 이용하여 난류항력 감소를 이루고자 하는 연구는 앞으로 계속 진행될 것으로 보인다.
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