비평형 응축이 충격파 진동에 미치는 영향에 관한 수치 해석적 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 NACA0012/14/15 천음속 에어포일 유동에서 비평형 응축이 충격파 진동에 미치는 영향을 TVD 수치해석을 통하여 연구하였다. 주류 마하수 0.81-0.90에 대해, 정체점 상대습도 및 에어포일의 기하학적 형상이 유동 특성에 미치는 영향이 구명되었다. 받음각 α=0°, 정체점 온도(288K) 및 주류 마하수가 0.87인 경우, 정체점 상대습도의 증가는 Terminating Shock의 충격파 강도를 약화시킨다. 정체점 상대습도가 30%인 경우 961Hz이던 충격파의 진동수가 60%일 때는 912Hz로 약 5% 감소한다. 정체점 상대습도가 동일한 경우는 주류 마하수가 클수록 충격파의 진동수 및 이동거리는 크게 된다. 또, 진동의 한 주기에 대해 항력계수의 변화도 구명되었다. 정체점 상대습도가 높을수록 최대 항력 계수는 작고, 항력계수의 변화폭 또한 감소한다. 한편 에어포일의 최대 두께가 두꺼울수록 초음속 영역의 크기는 증가하며 충격파의 진동수 및 이동거리도 증가한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, to find the characteristics of the oscillation of a terminating shock wave in a transonic airfoil flow with non-equilibrium condensation, a NACA00-12,14,15 airfoil flow with non-equilibrium condensation is investigated through numerical analysis of TVD scheme. Transonic free stream Mach number of 0.81-0.90 with the variation of stagnation relative humidity and airfoil thickness is tested. For the free stream Mach number 0.87 and attack angle of α=0°, the increase in stagnation relative humidity attenuates the strength of the terminating shock wave and inactivates the oscillation of the terminating shock wave. For the case of M∞=0.87 and ?060%, the decreasing rate in the frequency of the shock oscillation caused by non-equilibrium condensation to that of ?0=30% amounts to 5%. Also, as the stagnation relative humidity gets larger, the maximum coefficient of drag and the difference between the maximum and minimum in CD become smaller. On the other hand, as the thickness of the airfoil gets larger, the supersonic bubble size becomes bigger and the oscillation of the shock wave becomes higher.

목차 (Table of Contents)

• 초록
• Abstract
• 1. 서론
• 2. 수치해석
• 3. 결과 및 고찰
• 4. 결론
• 참고문헌(References)

참고문헌 (Reference)

1 Schnerr, G. H, "Transonic Flow Around Airfoils with Relaxation and Energy Supply by Homogeneous Condensation" 28 (28): 1187-1193, 1990

2 Baldwin, B. S, "Thin Layer Approximation and Algebraic Model for Separated Turbulent Flows" 78-257, 1978

3 Pai, S. I, "Theoretical and Computational Dynamics of a Compressible Flow" Sci. Press 299-,

4 S. M. Choi, "The effect of non-equilibrium condensation on the coefficients of force with the angle of attack in the transonic airfoil flow of NACA0012" 대한기계학회 27 (27): 1671-1676, 2013

5 Kim, I. W, "The Effect of Non-equilibrium Condensation on the Drag Coefficient in a Transonic Airfoil Flow" 21 (21): 518-524, 2012

6 Shapiro, A. H, "The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow, Vol. 2" The Ronald Press Co 866-,

7 Shapiro A. H, "The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow, Vol. 1" The Ronald Press 379-,

8 Mills, A. F, "The Condensation Coefficient of Water" 10 : 1815-1827, 1967

9 Weitao, H, "Shock-wave/Boundary-layer Interaction in a Transonic Turbine Cascade" 225 (225): 77-85, 2001

10 Cagliostro, D. J, "Periodic Compressible Nozzle Flow Caused by Heat Addition due to Condensation" Yale Univ 1972

11 Frenkel, J, "Kinetic Theory of Liquids" Dover Publications INC 415-, 1946

12 Wegener P. P, "Gas Dynamics of Expansion Flows with Condensation, and Homo geneous Nucleation of Water Vapor" 21 : 165-213, 1975

13 Orinai, R. A, "Emendation to Nucleation Theory and the Homogeneous Nucleation of Water from Vapour" 38 : 2082-2089, 1963

14 Dohrmann, U, "Ein Numerisches Verfahren zur Berechnung Statiänarer Transonischer Strömungen mit Energiezufuhr Durch Homogene Kondensation" Uni. Karlsruhe 1989

15 Lothe, J, "Condensation of Clusters in Nucleation and the Classical Phase Integral" 48 (48): 466-477, 1968

16 권순범, "A study on the flow with nonequilibrium condensation in a minimum length nozzle" 대한기계학회 23 (23): 1736-1742, 2009

17 Yee H. C, "A Class of High Resolution Explicit and Implicit Shock-capturing Methods" NASA 1989