[논문]수면 위 자유 낙하 및 충돌하는 강체 구의 수치해석 연구

구본헌; 판디 디팍 쿠마르; 임희창

doi:10.5407/jksv.2021.19.2.015

수면 위 자유 낙하 및 충돌하는 강체 구의 수치해석 연구
Numerical study of a freely falling rigid sphere on water surface 원문보기

한국가시화정보학회지= Journal of the Korean society of visualization, v.19 no.2, 2021년, pp.15 - 25

구본헌 (School of Mechanical Engineering, Pusan National University) , 판디 디팍 쿠마르 (School of Mechanical Engineering, Pusan National University) , 임희창 (School of Mechanical Engineering, Pusan National University)

Abstract ▼ AI-Helper

Numerical studies on the hydrodynamics of a freely falling rigid sphere in bounded and unbounded water domains are presented having investigation on the drag coefficient, normalized velocity, surface pressure and skin friction coefficient as a function of time. Two different conditions of the bounded and unbounded domains have been simulated by setting the blockage ratio. Four cases of bounded domains (B.R. = 1%, 25%, 45%, 55%, 65% and 75%) have been taken, whereas the unbounded domain has been considered with 0.01%. In the case of the bounded domain (higher values of B.R.), a substantial reduction in normalized velocity and increase in the drag coefficient have been found in presence of the bounded domain. Moreover, bounded domains also yield a significant increase in the pressure coefficient when the sphere is partially submerged, but the insignificant effect is found on the skin friction coefficient. In the case of the unbounded domain, a significant reduction in normalized velocity occurs with a decrease in Reynolds number (Re) and also increase in the drag coefficient.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. 경계조건이 있는 도메인 (a) 무한 도메인 (b) 유한 도메인
그림 Fig. 2. 계산 영역의 메쉬 격자
표 Table 1. 해석에서 사용된 공기와 물의 물성치
그림 Fig. 3. Re = 5.9×10⁶에서 무한독 도메인 내부의 물을 충격하는 구에 대한 격자 립 실험.
그림 Fig. 4. 무한 도메인의 경우 연구자의 결과와 현재 모델을 기초로 한 결과의 비교
그림 Fig. 5. 무차원 시간으로 물 내부의 강체구의 무차원 속도 변화, (a) 무한 도메인에서 레이놀즈 수의 효과; (b) Re = 1E 6에서 B.R. (즉, 유한 도메인)의 효과
그림 Fig. 7. 무 차원 시간에 따른 항력 계수 변화, (a) 무한 도메인에서 레이놀즈 수의 효과; (b) 반쯤 잠긴 구 까지 폐쇄율 (즉, 유한 도메인)의 효과
그림 Fig. 6. (a) 물의 가속 유체 영역을 보여주는 그림, (b) 구가 유한 도메인의 물 내부에 잠길 때 흐름의 제한(B.R. = 65 %)
그림 Fig. 8. 무한 도메인 (B.R. = 1 %) 및 유한 도메인 (B.R. = 65 %) 도메인에 대해 θ가있는 구 표면의 압력 계수 변화, (a) 절반 잠긴 구; (b) 전체 잠긴 구
그림 Fig. 9. 무한 도메인 (B.R. = 1 %) 및 유한 도메인 (B.R. = 65 %) 영역에 대한 구 주위의 압력 계수 윤곽선, (a) 반 잠긴 구; (b) 전체 잠긴 구
그림 Fig. 10. 무차원 시간과 표면 마찰계수의 비교, (a) 무한 도메인에서 레이놀즈 수의 영향 (B.R. = 1 %); (b) B.R.의 효과 (유한 도메인)
그림 Fig. 11. (a) Q = 0.01, (b) Q = 0.1 일 때 T^*가 다른 무한 영역에 대한 등면 및 유선
그림 Fig. 12. (a) Q = 0.01, (b) Q = 0.1 일 때 T^*가 다른 유한 도메인 (B.R. = 55 %)에 대한 등면 및 유선

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