복합각도를 갖는 막냉각의 큰에디모사

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 복합 각도를 갖는 막냉각에 대해 큰에디모사 (LES: Large Eddy Simulation)를 수행하였다. 경사각 35 도에 대해 방향각을 단순 각도인 0 도와 복합 각도인 30 도에 대해 시뮬레이션을 하여 비교하였다. 분사비는 0.5, 1.0 2가지를 고려하였고 기하형상 및 유동 조건은 Jung and Lee(1)의 실험 조건을 취하였다. 복합 각도 막냉각 문제에서 LES 및 실험과 비교하여 난류 모형들의 특성을 파악하기 위해 RANS 도 수행하였다. RANS 에서는 realizable k-ε, k-ω SST, RSM의 3 가지 난류 모형을 비교하였다. RANS는 온도장 및 유동장 형태를 대체로 실험 및 LES 와 유사하게 예측하였다. 그러나 단순 각도에서는 막냉각 제트에 발생하는 콩팥와류(CRVP: Counter Rotating Vortex Pair)가 벽면 위에서 충돌하면서 상승하는 지점이 실험 및 LES와 차이를 보였다. 복합 각도에서는 CRVP 가 단일 와류로 변경되는 지점을 LES 와 다르게 예측하였다. RANS 로 잘 예측되지 않았던 단열막냉각 효율은 LES 로 잘 예측되었다 (Figure 1). RANS는 막냉각 제트가 벽면에서 뜨는 현상이나 주유동과의 혼합을 적절히 예측하지 못하여 막냉각 성능을 정확하게 예측하지 못했고 모든 조건에서 상대적으로 잘 예측하는 난류 모형은 발견되지 않았다. 복합 각도의 경우 분사비 1.0에서 막냉각 제트의 재부착이 단순 각도일 때보다 RANS 로 잘 예측되었다. 난류강도는 막냉각 제트에서 발생한 와류의 상향류가 발생하는 지점에서 크게 나왔고 온도 변동은 난류강도가 최대가 되는 영역의 경계면에서 크게 나타났다. 복합 각도로 분사하면 온도 변동이 약간 감소하는 것으로 예측되었다. (그림은 본문 참조)