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제안 방법
- 본 연구에서는 LS(Level Set) 방법을 이용한 2 차원 축대칭 해석을 통해 액적의 액막 충돌에 대해 수치해석 하였다. 다양한 Weber수, Froude수, Ohnesorge수 및 액막 두께에 따른 액적의 거동 현상에 대해 예측하였다. 이로부터, 액적 충돌로 인해 발생한 크라운의 퍼짐 현상 및 기포 포획 현상에 대해 분석하였다.
- 본 연구에서는 LS(Level Set) 방법을 이용한 2 차원 축대칭 해석을 통해 액적의 액막 충돌에 대해 수치해석 하였다. 다양한 Weber수, Froude수, Ohnesorge수 및 액막 두께에 따른 액적의 거동 현상에 대해 예측하였다.
- 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 본연구에서는, FVM 기반의 비직교, 비엇갈림 격자를 사용하고 LS 방법을 포함하는 in-house 프로그램인 NUFLEX(Son과 Hur(2005))를 사용하여 액적의 액막 충돌에 대한 수치해석을 수행하였다.
- 본 연구에서는 액적의 액막 충돌 현상에 대한 이상유동을 LS(Level Set) 방법을 사용하여 수치 해석하였다. 액적 충돌 현상의 사용한 해석 격자는 다양한 격자 조밀도에 대한 해석을 통해 일정한 결과를 갖는 격자를 사용하여 2차원 축대칭 해석을 수행하였다. 액막의 충돌하는 액적은 운동량 충돌로 인해 접촉면에서 크라운이 생성되며, 이는 반경방향으로 성장하게 된다.
- 액적 충돌에 대한 상경계면을 갖는 이상유동에 대한 수치해석을 위해, 기상과 액상이 서로 섞이지 않고 비압축성인 경우의 질량 및 운동량 방정식을 다음과 같이 사용하였다.
- 다양한 Weber수, Froude수, Ohnesorge수 및 액막 두께에 따른 액적의 거동 현상에 대해 예측하였다. 이로부터, 액적 충돌로 인해 발생한 크라운의 퍼짐 현상 및 기포 포획 현상에 대해 분석하였다.
- 이와 같은 액적 충돌로 인한 기포 포획에 대해, 본 연구에서는 Ohnesorge수가 2.156×10 -3 일 때, Weber수 138~190과 Froude수 200~275에 대해 수치해석하였다.
- 이와 같은 크라운 형성에 대해, 본 연구에서는 Ohnesorge수가 2.156×10 -3 일 때, Weber수 297, 485, 667과 액막 두께 0.29, 0.67, 1.13에서 수치 해석하였다.
- 5는 액적 충돌 시 크라운의 퍼짐 정도를 보여준다. 크라운의 퍼짐에 있어, 크라운 림 아래 목의 바깥 방향 지름의 변화를 예측하였다. 이와 같은 수치해석 결과를 Cossali 등(2004)에 의해 제안된 크라운 지름의 변화에 대한 상관식과 비교 하였다.
대상 데이터
- 본연구에서는 3.6D0×4.0D0의 영역에 대해 지름에 대한 50, 100, 150과 175의 격자를 사용하여 해석을 수행하였다.
데이터처리
- 4는 다양한 Weber수와 액막 두께에 따른 액적 충돌 후 크라운 높이의 변화를 보여주고 있다. 수치해석으로부터 얻은 크라운의 높이에 대한 결과는 Cossali 등(2004)에 의한 실험 결과와 비교하였다. 이를 보면, 액적 충돌 후 초기 단계 에서는 실험과 수치해석 결과가 일치하는 것을볼 수 있다.
- 크라운의 퍼짐에 있어, 크라운 림 아래 목의 바깥 방향 지름의 변화를 예측하였다. 이와 같은 수치해석 결과를 Cossali 등(2004)에 의해 제안된 크라운 지름의 변화에 대한 상관식과 비교 하였다. 크라운의 지름의 변화도 크라운의 높이 변화와 같이 기존 실험 결과와 일치하는 것을 볼수 있다.
- 이와 같은 수치해석으로부터 얻은 기포 포획 현상을 기존 실험 결과와 비교하였다. Fig.
이론/모형
- 본 연구에서는 액적 충돌에 대한 이상유동의 상경계면 추적 방법으로 LS 방법을 사용하였다. LS 방법에서 LS 함수 Φ는 경계면에서부터 격자 중심까지 거리를 나타내며, 경계면에서 Φ = 0, 액상에서 Φ > 0, 기상에서 Φ < 0의 값을 갖는다.
- 본 연구에서는 액적의 액막 충돌 현상에 대한 이상유동을 LS(Level Set) 방법을 사용하여 수치 해석하였다. 액적 충돌 현상의 사용한 해석 격자는 다양한 격자 조밀도에 대한 해석을 통해 일정한 결과를 갖는 격자를 사용하여 2차원 축대칭 해석을 수행하였다.
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