난류수송에 관련된 시간척도의 비등방성에 관한 연구

Abstract

난류수송은 유체입자의 불규칙한 움직임에 의해 지배받기 때문에 난류수송을 모형화 하기 위해서는 유체입자의 운동을 묘사할 수 있는 라그랑지 통계량이 포함되어야 한다. 특히 레이놀즈응력의 난류수송을 의미하는 3차 속도상관량에서는 전단유동인 경우 유동흐름방향의 난류수송이 다른 방향의 난류수송보다 매우 큰 비등방성이 발견된다. 이러한 비등방성은 두 속도요동에 의해 정의되는 라그랑지 시간척도의 비등방성에 영향을 받게 된다. 본 연구는 이러한 시간척도의 비등방성을 난류모형에 적용하기 위해 라그랑지 텐서시간척도를 이용한 구배수송모형을 개발하였다. 본 연구의 모형을 증명하기 위하여 3차 속도상관량을 예측하였으며 이를 위해 Re_tau=180,300 인 채널 유동에서 직접수치계산을 수행하였고 여기서 얻은 속도장 정보를 이용하여 라그랑지 시간척도를 계산하였다. 속도장을 이용한 입자추적기법의 정확성을 높이기 위해서는 6차의 라그랑지 보간법을 사용하였다. 본 연구에서 제시된 모형의 결과와 Hanjalic & Launder의 모형의 결과는 DNS의 결과와 비교되었다. 계산된 결과는 Hanjalic & Launder 모형이 유동흐름방향의 난류수송을 제대로 예측하지 못하고 있지만 그에 반해 본 연구에서 제시한 모형은 유동흐름방향의 난류수송을 정확하게 예측하고 있음을 보여주고 있다.