Mechanisms for restabilization from chaos flow by mode transition in natural convection = 자연대류에서 mode transition에 의한 chaos flow의 재안정화 메커니즘

국문 초록 (Abstract)

일반적으로 Rayleigh 수가 증가하면 자연대류는 연속적인 bifurcation을 거쳐 카오스 상태로 진입하며, 이러한 chaos flow는 되돌릴 수 없는 최종 상태로 간주되어 왔다. 그러나 최근 일부 연구에서는 Rayleigh 수 증가에도 불구하고 시스템이 카오스 상태에서 다시 주기 또는 정상 상태로 재안정화되는 현상이 관찰되었으며, 특히 수평 및 수직 온도 구배 조건이 공존하는 경우 발생하는 것으로 확인되었다. 본 연구에서는 온도 구배에 따른 자연대류의 카오스 천이 및 재안정화 특성을 수치적으로 분석하였다. 그 결과, 수평 또는 수직 중 하나의 온도 구배만 적용된 조건에서는 전형적인 chaos 천이 경로가 나타났으며, chaos flow 이후 재안정화는 관찰되지 않았다. 이는 단일 조건에서는 지배적인 유동 모드가 본질적으로 하나만 존재하여 불안정성의 누적이 chaos flow로 이어지는 것을 나타낸다. 그러나 수평 및 수직 온도 구배가 동시에 적용된 경우, 동일한 조건에서 2개의 안정 모드가 공존하면서 mode transition 과정에서 서로 다른 유동 특성이 간헐적으로 출현하는 intermittency가 나타나며 chaos flow가 유도되었다. 전환이 완료된 이후에는 하나의 안정 모드가 지배적으로 작용하여 시스템이 다시 안정된 주기 유동으로 재안정화되었다. 본 연구는 자연대류 시스템에서 chaos flow가 반드시 종착 상태가 아닐 수 있음을 보여주며, mode transition이 카오스 유도뿐 아니라 재안정화까지 유도하는 핵심 메커니즘으로 작용할 수 있음을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 1.1 Research Background 1
• 1.2 Literature Reviews 3
• 1.2.1 The transition of natural convection 3
• 1.2.2 The restabilization of natural convection 6
• 1.3 Research Objectives 9
• 2 Rectangle Cavity – Single temperature gradient condition 11
• 2.1 Numerical Methodology 12
• 2.2 Results and discussion 21
• 2.3 Sub Conclusion 45
• 3 Rectangle Cavity – Diagonal temperature gradient condition 47
• 3.1 Numerical Methodology 48
• 3.2 Results and discussion 52
• 3.3 Sub Conclusion 80
• 4. Conclusion 83
• References 86