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충격파관에서 발생하는 반사 충격파와 경계층의 간섭에 대한 연구
Study on Reflected Shock Wave/Boundary Layer Interaction in a Shock Tube 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.41 no.7 = no.382, 2017년, pp.481 - 487  

김동욱 (안동대학교 기계공학과) ,  김태호 (안동대학교 기계공학과) ,  김희동 (안동대학교 기계공학과)

초록
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충격파와 경계층의 간섭 현상은 경계층이 박리하고, shock train이 발생하며, 유동장은 매우 복잡한 형태로 된다. 이러한 현상은 반사 충격파와 비정상 경계층이 간섭하는 충격파관에서도 발생한다. 그러나 충격파관에서 발생하는 shock train 현상에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 2차원 축대칭 충격파관을 사용하여 수치해석을 수행하였으며, 충격파관에서 발생하는 shock train의 유동 특성을 상세히 조사하기 위하여 압축성 Navier-Stokes 방정식을 적용하였다. 본 연구의 수치해석 결과를 바탕으로 상세한 파동선도를 통해 실험 결과와 비교하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The interaction between a shock wave and a boundary layer causes boundary layer separation, shock train, and in some cases, strong unsteadiness in the flow field. Such a situation is also observed in a shock tube, where the reflected shock wave interacts with the unsteady boundary layer. However, on...

주제어

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문제 정의

  • 만일 충격파관에서 발생하는 ST 현상이 잘 알려진다면, ST 현상의 제어 기구에 대한 연구나 공학적 응용에 대한 연구를 용이하게 수행할 수 있어 공학적으로 응용 가치가 매우 클 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 단순한 충격파관에서 발생하는 간섭 현상과 ST의 발생 기구 등을 상세히 조사하기 위하여, 수치해석적 연구를 수행하였다. 본 연구의 수치해석 결과에 대한 타당성을 검증하기 위해 실제 충격파관에서 발생한 간섭 현상 및 ST의 실험 결과와 비교하였다.
  • 따라서 충격파관에서 ST 현상은 반사 충격파와 접촉면의 간섭에 의하여 발생하게 되지만, 현재까지 이에 대한 구체적인 발생 기구, ST 현상에 미치는 충격파관의 길이나 직경, 또 충격파관의 압력비와 기체 종류의 영향에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구의 수치해석 결과를 바탕으로, 후속 연구를 통해 이들에 대한 영향을 상세하게 조사하여, ST의 특성과 적절한 제어 기술을 개발하는 것을 목표로 하고 있다.
  • 본 연구에서는 실제 충격파관에서 발생하는 충격파와 경계층의 간섭 그리고 ST을 예측 및 모사하기 위하여, 실험과 동일한 충격파관 규격 및 조건을 적용하여 수치해석을 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
충격파와 경계층의 간섭 현상이란 무엇인가? 충격파와 경계층의 간섭 현상은 경계층이 박리하고, shock train이 발생하며, 유동장은 매우 복잡한 형태로 된다. 이러한 현상은 반사 충격파와 비정상 경계층이 간섭하는 충격파관에서도 발생한다.
종래 shock train이란 무엇인가? 또 간섭 유동장은 다수의 충격파가 발생하게 되는 등 매우 복잡한 형태로 된다.(1) 이와 같이 충격파와 경계층의 간섭에 의하여 분지한 충격파 하류에 형성되는 다수의 충격파를 종래 shock train(ST)이라 정의하고 있다.(1)
고압관과 저압관 그리고 이들을 구분하는 격막의 파막에 의하여 어떤 현상이 발생되는가? 충격파관은 일반적으로 고압관과 저압관 그리고 이들을 구분하는 격막으로 매우 단순하게 구성된다. 격막의 파막에 의하여 비정상 유동장 즉, 충격파(shock wave), 접촉면(contact surface) 그리고 팽창파(expansion wave)가 발생하게 되며, 충격파관 내에는 매우 복잡한 파동 현상이 발생하게 된다(Fig. 1).
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참고문헌 (13)

  1. Matsuo, K., Miyazato, Y. and Kim, H. D., 1999, "Shock Train and Pseudo-Shock Wave Phenomena in Internal Gas Flows," Progress in Aerospace Sciences, Vol. 35, No. 1, pp. 34-41. 

  2. Carroll, B. F. and Dutton, J. C., 1990, "Characteristics of Multiple Shock Wave/Turbulent Boundary-Layer Interactions in Rectangular Ducts," Journal of Propulsion and Power, Vol. 6, No. 2, pp. 186-193. 

  3. Matsuo, K., Sasaguchi, K., Mochizuki, H. and Takechi, N., 1980, "Investigation of the Starting Process of a Supersonic Wind Tunnel," Bulletin of the JSME, Vol. 23, No. 186, pp. 1975-1981. 

  4. Akatsuka, J. and Nagai, S., 2010, "The Effect of Diffuser Geometry on the Starting Pressure Ratio of a Supersonic Wind Tunnel," 27th AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference, p. 4344. 

  5. Deng, R., Lee, K. H. and Kim, H. D., 2016, "Unsteadiness of Pseudo-Shock Wave in a Rectangular Duct," KSPE Spring Conference, pp. 280-285. 

  6. Kleine, H., Lyakhov, V. N., Gvozdeva, L. G. and Gronig, H., 1992, "Bifurcation of a Reflected Shock Wave in a Shock Tube," Shock Waves, Springer Berlin Heidelberg, pp. 261-266. 

  7. Mark. H., 1958, "The Interaction of a Reflected Shock Wave with the Boundary Layer in a Shock Tube," National Advisory Committee for Aeronautics. 

  8. Davies, L. and Wilson, J. L., 1969, "Influence of Reflected Shock and Boundary-Layer Interaction on Shock-Tube Flows," The Physics of Fluids, Vol. 12, No. 5, pp. 37-43. 

  9. Matsuo, K., Kawagoe, S. and Kage, K., 1974, "The Interaction of a Reflected Shock Wave with the Boundary Layer in a Shock Tube," Bulletin of JSME, Vol. 17, No. 110, pp. 1039-1046. 

  10. Matsuo, K., Kage, K. and Kawagoe, S., 1975, "The Interaction of a Reflected Shock Wave with the Contact Region in a Shock Tube," Bulletin of JSME, Vol. 18, No. 121, pp. 681-688. 

  11. Zhang, G., Setoguchi, T. and Kim, H. D., 2015, "Numerical Simulation of Flow Characteristics in Micro Shock Tube," Journal of Thermal Science, Vol. 24, No. 3, pp. 246-253. 

  12. Park, J. W., Kim, G. Y., Md.Alim, I. R. and Kim, H. D., 2015, "Experimental Study of Micro- Shock Tube Flow," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 39, No. 5, pp. 385-390. 

  13. Kim, H. D., 1995, "Shock Wave Phenomena in Fluid Engineerings(II)," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 35, No. 1, pp. 71-83. 

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