Air-conditioning 조절 관점을 고려한 비강의 생리학에서의 CFD의 역할과 이슈

나양(Yang Na) 대한기계학회 2023 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2023 No.11

채널유동에서 질량분사에 의한 표면유동의 진동 특성

나양(Yang Na),이창진(Changjin Lee) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.1

하이브리드 로켓 연소에서 발생하는 산화제 난류 유통과 연료의 기화로 인한 분출유동 사이의 상호 간섭은 매우 복잡하고 특별한 유동 간섭을 일으킨다. 이를 연구하기 위하여 연소반응을 제외하고, 산화제의 난류 유동과 연료 벽면에서의 분출 유동을 모사한 채널 유동에 대한 LES 해석을 수행하였다. 고체추진 로켓의 연소 과정에서 관찰되는 현상과 매우 흡사하게 벽면 근처에서 특정주파수로 진동하는 유동 현상이 존재한다는 것을 확인하였고, 산화제와 분출 유동의 간섭에 기인한 유동의 진동현상은 벽면 근처의 매우 앓은 영역에서만 존재하였다. 큰 길이 스케일의 유동현상을 보여주는 압력 섭동장으로부터 채널 내 주유동이 특정 주파수 특성을 갖고 하류로 진행해 가는데, 이는 산화제 유동이 분출유동과 상호작용을 하면서 발생된 전단유동의 특성을 나타낸 것이다. 그러나 하이브리드 로켓 연소실 유동의 진동 특성은 고체 추진 로켓에서 관찰되는 유동 특성과는 달리, 진동의 강도가 벽면에서 온도 구배를 변화시켜 열전달의 향상을 발생시키기에는 충분하지 못한 것으로 보인다. 그러나 벽면 근처에서 특정 주파수 특성을 갖는 유동현상이 존재한다는 사실은 비슷한 크기의 주파수를 갖는 음향 가진과 같은 외부교란이 작용한다면 공진으로 발전할 수 있는 가능성을 의미한다. The interaction between wall blowing and oxidizer flow can generate a very complicated flow characteristics in combustion chamber of hybrid rockets. LES analysis was conducted with an in-house CFD code to investigate the features of turbulent flow without chemical reactions. The numerical results reveal that the flow oscillations at a certain frequency exists on the fuel surface, which is analogous to those observed in the solid propellant combustion. However, the observation of oscillating flow at a certain frequency is only limited to a very thin layer adjacent to wall surface and the strength of the oscillation is not strong enough to induce the drastic change in temperature gradient on the surface. The visualization of fluctuating pressure components shows the periodic appearance of relatively high and low pressure regions along the axial direction. This subsequently results in the oscillation of flow at a certain fixed frequency. This implies that the resonance phenomenon would be possible if the external disturbances such as acoustic excitation could be imposed to the oscillating ￡low in the combustion chamber.

분출유동이 있는 채널 난류유동의 LES 해석

나양(Yang Na),이창진(Changjin Lee) 한국항공우주학회 2007 韓國航空宇宙學會誌 Vol.35 No.8

최근의 실험 결과를 통해 하이브리드 로켓 연료의 표면에 연소가 진행되지 않은 채 남아있는 고립된 부분들이 존재함을 확인하였다. 이러한 불규칙적인 spot은 연료의 기화로 인한 분출유동(blowing velocity)과 산화제의 유통 사이에서 발생하는 경계층 교란에 의한 현상인 것으로 여겨진다. 본 연구에서는 22,500의 높은 Reynolds수와 벽면분출 현상을 효과적으로 처리할 수 있도록 LES 기법을 이용하여, 연료 표면 근처의 난류 유동 및 열전달 특성을 해석하였다. 비록 원형 그레인 아닌 단순채널 형상을 고려하였으며 화학반응이 없는 경우의 난류유동을 해석하였으나, 연료 표면에서 발생하는 불규칙한 spot의 발생은 경계층과 분출되는 유동이 상호 간섭함으로써 난류구조들의 기구학적 특성을 변경시키기 때문인 것으로 추측되는 결과들을 얻을 수 있었다. Recent experimental data shows that the noticeable feature of irregular roughened spots on the fuel surface occurs during the combustion test with PMMA/GOX in the hybrid rocket motor. The generation of these unexpected patterns is likely to be resulted from the disturbed boundary layer due caused by wall blowing which is intented to simulate the process of fuel vaporization. LES technique was implemented to investigate both the flow characteristics near fuel surface and the subsequent evolution of turbulence modified by the wall blowing. Simple channel geometry instead of circular grain configuration was used for the investigation without chemical reactions in order to allow for a focused examination on the near-wall behavior at the Reynolds number of 22,500. It was shown that the wall blowing pushed turbulent structures upwards making them tilted and this skewed displacement, in effect, left the foot prints of the structures on the surface. This change of kinematics may explain the formation of irregular isolated spots on the fuel surface observed in the experiment.

질량분사가 있는 채널 내부 난류 유동의 외부교란에 대한 주파수 특성

나양(Yang Na),이창진(Changjin Lee) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.1

하이브리드 로켓 모터 내부에서는 산화제에 의한 주유동과 연료의 기화로 발생된 분출유동이 상호작용을 하기 때문에 매우 강한 전단층이 발생되며 이에 기인한 시간특성이 나타나게 된다. 이 시간특성이 난류 유동장에 부과되면서 매우 복잡한 유동간섭 현상이 발생되게 되는데, 이와 같은 간섭현상이 외부교란에 대해 어떻게 반응하는지를 살펴보는 것은 안정적인 연소과정을 위해서 매우 중요하다. 이를 연구하기 위하여 연소반응을 제외하고, 산화제의 난류 유동과 연료 벽면에서의 분출 유동을 모사한 채널 유동에 대한 LES 해석을 수행하였으며, momentum forcing기법을 사용하여 특정주파수를 부과하는 집중교란(concentrated forcing)과 백색소음과 같은 넓은 범위의 주파수 특성을 부과하는 분산교란(distributed forcing)에 대한 유동의 반응을 살펴보았다. 두 경우 모두 모터의 하류에서 외부교란의 특성시간을 유지하였으나 비약적인 유동의 공진현상으로 연결되지는 않는다는 것을 확인하였다. 이는 외부교란의 특성은 시스템의 고유진동수 및 Kelvin-Helmholtz 불안정성에 기인한 특성 진동수와 함께 고려되어야 한다는 것을 의미한다. Due to the interaction between main oxidizer flow and the wall injected flow resulting from the regression process, a specific time characteristics identified in the frequency spectrum of streamwise velocity is generated in the hybrid rocket motor. In order to understand the response of the turbulent flow to two different types of external momentum forcing, LES analysis was conducted without considering the combustion. It turns out that both concentrated and distributed forcings do not lead to the disastrous resonance phenomenon. Energy contents are enhanced due to the added momentum but the peak frequency was not modified in the turbulent flow near the end of the rocket motor. Natural frequency of the flow system should be taken into account to further pursue the instability issue by using external forcing.

동적혼성모델을 이용한 벽분사가 있는 채널의 온도장 예측

나양(Yang Na),김학종(Hakjong Kim) 대한기계학회 2003 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2003 No.11

Turbulent temperature field in a channel with wall injection has been investigated using dynamic mixed<br/> model(DMM). This flow is pertinent to internal flows inside the hybrid rocket motors. In general, the results<br/> obtained with DMM are in better agreement with DNS results compared to those of dynamic Smagorinsky<br/> model(DSM). Such favorable features of DMM are attributed to the fact that it explicitly calculates the<br/> modified Leonard stress term which takes care of the local interaction between resolved and SGS stresses and<br/> only models the remaining cross and SGS Reynolds stress terms.

CFD 데이터를 이용한 난류구조의 가시화

나양(Yang Na) 한국가시화정보학회 2004 한국가시화정보학회지 Vol.2 No.2

Recent advances in CFD technique along with a rapid growth of computer resources provide valuable opportunities for developing an accurate way of visualizing turbulent structures. Not only this visualization technique made it possible to check the validity of many of theoretical achievements of the past but also it pushes the current turbulence research to a new paradigm. A brief history of visualization study will be summarized and discussed.

LES기법을 이용한 벽면 분출이 있는 채널 내부의 난류 유동 및 스칼라장 특성 해석

나양(Yang Na) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회지 Vol.13 No.2

대와류모사 기법을 이용한 강한 벽분사가 있는 채널 내에서의 난류 유동장 및 온도장 해석

김학종,나양,Kim, Hak-Jong,Na, Yang 대한기계학회 2004 大韓機械學會論文集B Vol.28 No.6

The present study investigates the performance of dynamic mixed model (DMM; Zang et ai.) in a channel with strong wall injection through a Large eddy simulation (LES) technique. The DMM results are compared with those of DNS and the results obtained with popular dynamic Smagorinsky model (DSM). Better agreement is achieved when using the DMM with box filter than DSM and coarse DNS in predicting the first and second order statistics as well as large-scale structures of velocity and temperature fields. Such favorable features of DMM are attributed to the fact that it explicitly calculates the modified Leonard stress term and only models the remaining cross and the SGS Reynolds stress terms and, thus, it reduces the excessive burden put on the model coefficient of DSM. Also it is demonstrated that the DMM can be successfully extended to the prediction of temperature (passive scalar) field where strong streamwise inhomogeneity exists.

Oldroyd B 유체의 평면 수축 유동에 관한 수치 해석적 연구

유정열,나양,Yoo, Jung-Yul,Na, Yang 한국유변학회 1990 Korea-Australia rheology journal Vol.2 No.1

This study analyzes the planar 4:1 contraction flow of viscoelastic fluids with retardation time using finite volume method. To consider separately the elasticity effect of the viscoelastic fluid without shear thinn-ing effect, Oldroyd B liquid model is adopted for the numerical simulation. Instead of the stream function-vorticity formulation, SIMPLER algorithm with staggered grid system which incorporates primitive variable has been introduced in discretizing the momentum equations. An upwind corrected scheme has been used in discetizing the constitutive equations for the non-Newtonian part of the stress. The size of the corner vortex is shown to be slightly influenced by the Weissenberg number. However as the Weissenberg number is increased the chang-ing of the vortex shape agrees qualitatively well with some experimental studies.

고속 웹 이송속도 및 복잡한 롤 패턴 형상을 고려한 R2R공정에서의 잉크전달 특성 해석

김경훈,김소희,나양,Kim, Kyung-Hun,Kim, So-Hee,Na, Yang 한국반도체디스플레이기술학회 2010 반도체디스플레이기술학회지 Vol.9 No.2

Ink transfer process from the printing roll to the moving web was investigated using a CFD technique for the application in R2R printed electronics. In line with the requirement that the web handling speed needs to be increased further for the cost competitiveness, the effects of web moving velocity with relatively complex roll patterns were analyzed. To make the present analysis more realistic, the numerical geometry and the ink properties were selected to match those of the real printing production system. Our numerical results showed that both web handling speed and complex printing-roll patterns influenced the shape of the transferred ink. As the web moving speed approaches towards 30mpm, a significant distortion of the shape of the transferred ink occurred. In the range of pattern width smaller than 100 microns, a phase distortion was also found to occur in all the printing-roll patterns considered in the present work but the ratio of the phase distortion to the line width gets smaller as the width becomes smaller. Thus, the web handling speed and the shape of printing-roll pattern will be important elements for the better printing quality under 100 micron line width range.