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[국내논문] 원형 실린더 표면의 딤플 형상에 대한 수치 해석적 연구
A numerical study on dimple shapes over a circular cylinder 원문보기

EDISON SW 활용 경진대회 논문집. 제3회(2014년), 2014 Mar. 21, 2014년, pp.585 - 590  

이혁 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) ,  김익현 (KAIST 항공우주공학과) ,  사정환 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) ,  박수형 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) ,  변영환 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과)

초록
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Chowdbury. H.는 인체를 다수의 원형 실린더로 단순화하여 스키점프와 사이클 운동복의 항력계수를 각각 측정하였다. 이처럼 원형 실린더에 스피드 스케이팅 운동복을 씌운 모습과 골프공에서 사용하는 딤플의 2차원 형상이 서로 유사한 모양임을 착안하여, 2차원 원형 실린더 표면의 딤플이 유동 현상에 어떤 효과를 일으키는지 살펴보았다. 본 연구에서는 초기 형상을 토대로 3가지 딤플 형상 변수에 대한 매개변수 설정을 통해 항력계수를 비교하였다. 또한 3가지 딤플 형상 중 가장 낮은 항력계수를 갖는 딤플 형상에 대해서 요철 높이에 따른 항력계수를 비교하였다. 이를 통하여 딤플 형상이 각진 모양보다 둥근 모양일수록 항력계수가 작은 것을 확인하였으며, 요철 높이를 제외한 모든 조건이 동일할 때 최적의 요철 높이가 존재할 수 있음을 확인하였다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 차이에는 많은 요소(훈련방법, 영향섭취, 선수 개별 능력, 운동복, 장비 등)들이 복잡하게 얽혀있다. 본 논문에서는 여러 요소 중 스피드 스케이팅 선수들이 착용하는 운동복에 대한 공기역학적 항력계수 값을 비교하고자 한다. Gerard H.
  • 본 연구에서는 한국염색기술연구소의 도움을 받아 스피드 스케이팅 운동복의 단면(Fig. 1)을 관찰할 수있었다. Chowdhury, H.
  • 이처럼 원형 실린더에 스피드 스케이팅 운동복을 씌운 모습은 골프공에서 사용하는 딤플(dimple)의 2차원 형상과 유사한 모양임을 알 수 있었다. 이 점에 착안하여 딤플 주변의 유동 특성을 EDISON_CFD를 통해 해석함으로써 항력계수를 낮출 수 있는 스피드 스케이팅 운동복에 대해 연구하고자 한다.
  • 본 연구에서는 원형 실린더의 CFD 해석을 통해 딤플의 형상에 따른 유동 해석을 나타내었다. 그 결과, 원형 실린더에 딤플이 존재함으로서 항력계수가 작아진다는 사실을 확인할 수 있었다.

가설 설정

  • 비정상 난류 유동(Unsteady turbulent flow)으로 가정했으며, 비정상 유동이므로 실린더 형상의 공력계수를 확인할 수 있도록 시간 간격(Δt)은 0.01, 무차원한 시간으로 50까지 계산을 진행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
원형 실린더에 딤플이 존재하면 어떤 영향을 받는가? 본 연구에서는 원형 실린더의 CFD 해석을 통해 딤플의 형상에 따른 유동 해석을 나타내었다. 그 결과, 원형 실린더에 딤플이 존재함으로서 항력계수가 작아진다는 사실을 확인할 수 있었다. 또한 딤플로 인해 압력저항뿐만 아니라 표면마찰 항력도 줄어든다는 결론을 내릴 수 있었다. 딤플 형상을 제외한 모든 변수들이 동일한 경우, 각진 모양보다 둥근 모양일수록 항력계수 값이 작아진다는 사실을 알 수 있었다.
난류는 층류에 비해 무엇을 더 가지고 있는가? 6을 통해 상세히 알 수 있다. 난류는 층류에 비해 더 많은 운동 에너지와 운동량을 갖고 있으므로, 역압력구배 영역에서 유동 입자들이 실린더의 하류 쪽으로 더 움직일 수 있도록 한다. 따라서 유동의 박리점(separation point)은 원형 실린더의 하류 쪽으로 이동하게 되며, 유동박리에 의해 발생하는 압력 저항의 값도 작아지게 된다.
세계적인 선수들의 스피드 스케이팅 경기는 아주 작은 차이에 의해 순위가 판가름 나는데, 이러한 작은 차이에 영향을 주는 요소에는 무엇이 있는가? 세계적인 선수들의 스피드 스케이팅 경기를 보면 아주 작은 차이에 의해 순위가 판가름 나는 경우가 많다. 이러한 차이에는 많은 요소(훈련방법, 영향섭취, 선수 개별 능력, 운동복, 장비 등)들이 복잡하게 얽혀있다. 본 논문에서는 여러 요소 중 스피드 스케이팅 선수들이 착용하는 운동복에 대한 공기역학적 항력계수 값을 비교하고자 한다.
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