원관 내의 구형 기포를 지나는 축대칭 스톡스 유동에 대한 연구

정재택(Jae-Tack Jeong) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集B Vol.44 No.5

원관 내의 기포를 지나는 비압축성 축대칭 유동에 대한 이론적 연구를 수행하였다. 기포는 원관의 중심축에 놓여 있으며, 기포에서 멀리 떨어진 곳에는 하겐-포아제 유동이 존재한다. 유동방정식에 스톡스 근사를 적용하고 고유 함수 전개와 오차의 최소제곱법을 사용하여 유동장을 해석하였다. 해석의 결과로 유동 함수와 압력 분포 식을 구하여 유선과 압력 분포도를 도시하였으며, 원관의 벽면과 기포표면에 작용하는 응력 분포를 계산하여 도시하였다. 원관 내의 기포로 인해 발생하는 부가적인 압력 강하와 기포가 받는 항력을 기포의 반경의 함수로 도시하였으며, 기포의 존재로 인하여 원관의 벽면에 작용하는 유동 방향의 전단력이 증가함을 확인하였다. This study analyzes the axisymmetric Stokes flow past a spherical bubble in a circular tube. The bubble is located on the axis of the circular tube, and the Hagen-Poiseuille flow exists upstream and downstream far from the bubble. The Stokes approximation is used, and the flow is investigated analytically using the eigenfunction expansion and the least-squared error methods. From the analysis, the stream function and pressure in the flow field are obtained, and the streamline pattern and pressure contour lines are shown. In addition, the normal and shear stress distributions on the bubble surface and circular tube wall are calculated, and then shown for some typical radii of the bubble. The additional pressure drop induced by the bubble and the drag force exerted on the bubble are plotted as functions of the bubble radius, and it is shown that the shear force on the tube wall increases owing to the existence of the bubble.

박막이 부착된 마이크로 채널 내의 유동해석

정재택(Jae-Tack Jeong) 한국전산유체공학회 2005 한국전산유체공학회 학술대회논문집 Vol.2005 No.4

수직 원관 중심축을 따라 낙하하는 구 주위의 스토크스 유동

정재택(Jae-Tack Jeong) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集B Vol.45 No.2

수직으로 놓인 원관의 중심축을 따라 고체 구가 낙하할 때 구 주위 점성 유동의 특성에 대하여 고찰한다. 구의 낙하속도가 느린 경우의 유동은 비압축성 축대칭 스토크스 유동으로 근사된다. 구의 낙하속도는 구에 작용하는 중력과 부력 및 구의 낙하에 따른 유동저항의 평형관계식으로부터 결정된다. 구의 임의의 낙하속도에 대하여 축대칭 스토크스 방정식을 해석하여 유동함수와 압력분포를 구하면 구가 받는 항력을 결정할 수 있으므로, 중력에 의하여 낙하하는 구의 낙하속도를 구할 수 있다. 해석 결과로부터, 구의 낙하속도를 구의 반경의 함수로 구하여 도시한다. 대표적인 몇 가지 구 반경에 대하여, 구 주위의 유선과 압력분포 등 유동특성을 보이고, 구 표면에 작용하는 압력 및 전단응력 분포를 도시한다. 또한, 원관 내의 구의 낙하로 인해, 낙하하는 구로부터 먼 곳에서의 압력 변화 및 원관의 벽면에 작용하는 전단력에 대해서도 논의한다. The characteristics of the viscous flow around the sphere were investigated when a solid sphere fell along the central axis of a vertically placed circular cylinder. When the falling speed of the sphere was slow, the flow was approximated as an incompressible axisymmetric Stokes flow. The falling speed of the sphere was determined from the equilibrium relation between the gravitational and buoyant forces acting on the sphere and the flow resistance according to the falling of the sphere. By analyzing the axisymmetric Stokes equation for an arbitrary falling velocity of a sphere and obtaining the stream function and pressure distribution, the drag exerted on the sphere could be determined; therefore, the falling velocity of a falling sphere owing to the gravity could be obtained. From the results of the analysis, the falling velocity of the sphere was determined and shown as a function of the radius of the sphere. For some typical sphere radii, flow characteristics such as streamlines and pressure contour lines around the sphere were displayed, and the pressure and shear stress distributions acting on the sphere surface were plotted. In addition, the pressure change at a distance from the sphere owing to the falling of the sphere in the cylinder and the shear force acting on the wall of the cylinder were discussed.

점성액체로 채워진 수직 원관의 중심축을 따른 구형 기포의 상승

정재택(Jae-Tack Jeong) 대한기계학회 2022 大韓機械學會論文集B Vol.46 No.5

수직으로 놓인 원관에 점성 액체가 채워져 있고 점성유체 내의 기포가 부력에 의하여 원관의 중심축을 따라 수직으로 상승할 때 생겨나는 점성유동의 특성에 대하여 고찰한다. 특히, 자유표면에서 표면장력 효과가 충분히 큰 경우 기포는 구형으로 가정할 수 있으며, 기포의 상승속도가 느린 경우 기포주위의 유동은 비압축성 축대칭 스톡스 유동으로 근사된다. 축대칭 스톡스 유동방정식을 해석하는데 고유함수 전개와 오차의 최소제곱법이 사용된다. 주어진 기포의 상승속도에 대하여 유동함수와 압력분포식을 구하고 기포가 받는 항력을 결정할 수 있다. 유동장의 해석 결과로부터, 기포의 상승속도를 기포반경의 함수로 구하였으며, 기포 주위의 유선과 압력분포 등 유동장의 특성을 고찰하고, 기포 표면에서의 접선속도 분포 및 수직응력 분포를 각각 도시하였다. 또한, 원관 내의 기포의 상승으로 인해, 기포로부터 먼 지점에서의 압력 변화 및 원관의 벽면에 작용하는 전단력에 대하여 논의하였다. We considered the characteristics of the viscous flow generated when a bubble in a viscous fluid filled in a vertically placed circular tube rises vertically along the axis of the tube due to buoyancy. Particularly, when the surface tension effect at the free surface was sufficiently large, the bubble could be assumed to be spherical; and when the velocity of the rising bubble was slow, the flow around the bubble was approximated to an incompressible axisymmetric Stokes" flow. The method of complex eigenfunction expansions and the method of least squared error were used to analyze the axisymmetric Stokes" equations. Moreover, for a given velocity of the rising bubble, the stream function and the pressure distribution could be obtained, and the drag force of the bubble could be determined. From the results of the analysis of the flow field, the velocity of the rising bubble was found as a function of the radius of the bubble; the flow characteristics, such as the streamline and pressure distribution around the bubble, were examined; the tangential velocity distribution and the normal stress distribution at the bubble surface were shown. Furthermore, due to the rise of the bubble in the tube, the pressure change at a distance from the bubble, and the shear force acting on the tube wall were discussed.

원관 내의 구를 지나는 축대칭 스톡스 유동에 대한 연구

정재택(Jae-Tack Jeong) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集B Vol.42 No.12

원관 내의 구를 지나는 비압축성 축대칭 유동에 대한 이론적 연구를 수행하였다. 구는 원관의 중심축에 놓여 있으며, 구에서 멀리 떨어진 곳에는 하겐-포아제 유동이 존재한다. 유동방정식에 스톡스 근사를 적용하고 고유함수 전개와 오차의 최소제곱법을 사용하여 유동장을 해석하였다. 해석의 결과로 유동함수와 압력분포 식을 구하여 유선과 압력분포도를 도시하였으며, 원관의 벽면과 구 표면에 작용하는 압력 및 전단응력 분포를 계산하였다. 원관 내의 구로 인해 발생하는 부가적인 압력 강하와 구가 받는 항력을 구의 반경의 함수로 도시하였으며, 구의 존재로 인하여 원관의 벽면에 작용하는 유동방향의 전단력이 증가함을 확인하였다. This study analyzes the axisymmetric Stokes flow past a sphere in a circular tube. The sphere is located on the axis of the circular tube, and the Hagen-Poiseuille flow exists upstream and downstream far from the sphere. The Stokes approximation is used and the flow is investigated analytically by using the method of eigenfunction expansion and the least-squares method. From the analysis, the stream function and the pressure of the flow field are obtained, and the streamlines and pressure distribution are shown. In addition, the pressure and shear stress distributions on the sphere surface and circular tube wall are calculated, and they are shown for some typical radii of the sphere. The additional pressure drop induced by the sphere and the drag force exerted on the sphere are plotted as functions of the radius of the sphere, and it is shown that the shear force on the tube wall increases owing to the insertion of the sphere.

원관 내의 디스크를 지나는 축대칭 스톡스 유동

정재택(Jae-Tack Jeong) 한국전산유체공학회 2016 한국전산유체공학회지 Vol.21 No.4

A two-dimensional Stokes flow past a circular disk in a circular tube is analyzed. The circular disk is located coaxially with the circular tube and the Hagen-Poiseuille flow exists at upstream and downstream far from the circular disk. The Stokes approximation is used and the flow is investigated analytically by using the method of eigenfunction expansion and the method of least square. From the analysis, the stream function and the pressure of the flow field are obtained, and the streamlines and pressure distribution are shown. Also, the pressure and shear stress distributions on the circular disk and circular tube wall are calculated, and shown for some typical radii of the circular disk. The additional pressure drop induced by the disk and the drag force exerted on the disk are compared as functions of the radius of the circular disk, and it is shown that the shear force on the wall of the tube increases due to the disk.

파워 스티어링 유닛용 일반형상 제로터의 설계 및 해석

정재택(Jae-Tack Jeong),신수식(Soo-Sik Shin),김갑태(Kaptae Kim) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.7

제로터는 유압모터나 펌프뿐만 아니라 조향장치인 파워 스티어링 유닛(PSU)에도 사용된다. 제로터의 내치차는 일상적인 경우 단일 원호형상의 외치차에 의하여 생성된다. 본 논문에서 PSU의 특성 개선을 위하여 보다 일반화 된 외치차의 형상으로부터 내치차를 생성하는 방법을 해석하였다. 해석의 결과로서, 외치차의 형상곡선이 특별한 2중곡률을 갖는 원호인 경우에 대하여, 내치차의 형상과 곡률, 제로터의 유량 및 접촉점의 위치와 슬립속도 등의 설계자료를 구하여 제시하였다. 이러한 해석은 새로운 PSU의 개발과 소형화를 가능케 한다. A gerotor is used in power-steering units (PSUs) as well as in hydraulic motors or pumps. The inner rotor is developed on the basis of the shape of the outer rotor tooth, which normally has one arc. The method of generating inner rotor on the basis of a generalized shape of outer rotor is analyzed with a view to improve PSU characteristics. An arc-shaped outer rotor with two curvatures was used in the analysis; design parameters such as the shape and curvature of the inner rotor, the flow rate of the gerotor, the position of contact point, and slip velocity are calculated, and these results are shown. This analysis enables us to develop a new design of compact PSUs.

엇갈린 배열의 돌출물들이 존재하는 마이크로채널 내의 스톡스 유동

손정수(Jeong Su Son an),정재택(Jae-Tack Jeong) 한국전산유체공학회 2015 한국전산유체공학회지 Vol.20 No.4

In this study, the Stokes flow in the microchannel is analysed where the semicircular protuberances with constant spacing are attached on the upper and lower walls with staggered arrangement. For the low Reynolds number flow in microchannel, Stokes approximation is used and the periodicity and symmetry of the flow are considered to determine the stream function and pressure distribution in the flow field by using the method of least squared error. As results, the streamline patterns and pressure distributions in the flow field are shown for some specific values of the size and spacing of the protuberances, and shear stress distributions on the surface of semicircular protuberances are plotted. Especially, for an important physical property, the average pressure gradient along the microchannel is obtained and compared with that for the case of in-phase arrangement of the upper and lower protuberances. And, for the small clearance between the protuberances of upper and lower walls or between the protuberances and the opposite wall, the average pressure gradient is derived from the lubrication theory and compared with that of the present study.

상이한 직교이방성 띠판에 대한 면외변형 하의 반무한 등속 평행균열에서의 응력확대계수

박재완,권용수,정재택,최성렬,Park, Jae-Wan,Kwon, Yong-Su,Jeong, Jae-Tack,Choi, Sung-Ryul 대한기계학회 1997 大韓機械學會論文集A Vol.21 No.3

Stress intensity factor of semi-infinite parallel crack propagation with constant velocity in dissimilar orthotropic strip under out-of-plane clamped desplacement is investigated. Using Fourier integral transforms the boundary value problem is derived by a pair of dual integral equation and finally reduced to a single Wiener-Hopf equation. By applying Wiener-Hopf technique the equation is solved. Applying this result the asymptotic stress fields near the crack tip are determined, from which the stress intensity factor is obtained in closed form. The more the ratio of anisotropy or the ratio of bi-material shear modulus increase in the main material including the crack, the more the stress intensity factor increases. Discontinuity in the stress intensity factor is found as the parallel crack approaches the interface. In special case, the results of isotropic materials agree well with those by the previous researchers.

Thermal Contact Resistance of Two Bodies in Contact

곽홍섭(Hong Sup Kwak),정재택(Jae Tack Jeong) 한국전산유체공학회 2004 한국전산유체공학회지 Vol.9 No.3

전도 열전달 분야에서 두 물체가 접해 있는 경우, 접촉 열저항은 고려해야 할 중요한 요소이다. 특히 최근에는 전자부품의 과열방지를 위한 열 소산과 관련하여 접촉 열저항 문제는 중요하게 대두되고 있으며 이에 관련한 많은 이론적 연구와 응용연구가 수행되고 있다. 접촉 열저항은 주로 거친 두 물체표면의 불완전 접촉에 기인한다. 본 연구에서는, 접촉하는 두 물체사이의 접촉면을 이상화시킨 비교적 간단한 문제를 이론적으로 해석함으로써 접촉면의 틈새 형상 및 비접촉면적비(비접촉면적/외관접촉면적)의 크기에 따른 접촉 열 저항의 크기를 구하였다.