삼차원 경계층 모사를 위한 Correlation 기반 천이모델의 개선에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 crossflow 불안정성을 포함하는 삼차원 경계층 모사를 위하여 기존의 $\gamma-Re_{\thetat}$ 천이모델을 확장한 새로운 층류-난류 천이 모델, $\gamma-Re_{\thetat}-CF^+$를 새롭게 개발하였다. 새롭게 제안된 삼차원 천이모델은 Arnal의 C1-criterion을 crossflow 불안정성에 의한 천이 판별식으로 채택하였으며 이를 Falkner-Skan-Cooke 속도분포를 이용하여 국부적으로 계산하였다. 또한 Tollmien-Schlichting 불안정성과 crossflow 불안정성간의 상호작용에 의한 천이를 예측하기 위해서 새로운 트리거 함수 $F_{onset1-inter}$를 도입하였다. 그 결과 $\gamma-Re_{\thetat}-CF^+$ 천이모델은 오직 지역변수만을 이용하여 삼차원 천이 예측을 수행할 수 있게 되었으며, 비정렬 격자계의 CFD 코드에 적용이 용이하다는 기존 $\gamma-Re_{\thetat}$ 모델의 장점을 계승하였다. 본 연구를 통해 개발된 삼차원 천이모델은 삼차원 비정렬 격자계 기반의 유동 해석자에 적용되었으며, 이를 이용하여 천이모델의 검증을 수행하였다. 개발된 천이모델의 검증은 무한 뒤젖힘 날개, 장축 타원체 형상, ONERA M6 삼각 날개, NREL Phase VI 로터 블레이드 형상 주위의 천이 유동 해석에 대해 수행되었으며, 그 결과들은 $\gamma-Re_{\thetat}$ 천이 모델의 결과 및 실험값과 비교되었다. 그 결과 본 논문에서 개발된 $\gamma-Re_{\thetat}-CF^+$ 천이 모델은 비지역 변수를 사용한 타 연구자들의 천이 예측 기법들과 동등한 수준의 천이 예측 성능을 보이면서도, 오직 지역 변수만을 이용하여 삼차원 천이 현상을 예측할 수 있음이 확인되었다.