Turbulent dispersion from a line heat source in nearly homogeneous shear flow is investigated and computational turbulence models of the third order scalar transport terms in the Reynolds shear stress equation and the kinematic heat flux equation are developed. For this study, a special wind tunnel has been designed and manufactured which produces a turbulent uniform shear filed. A combination of X-type hot wire for the measurement of velocity fluctuations and a cold wire of $0.6 ㎛$ for the measurement of temperature fluctuations has been devised to simultaneously obtain the cross correlations between the velocity and temperature fluctuations at various orders.
The experiments have been performed at two different heating rates. Scaling the data by local characteristic scales enables us to represent the data in a consistent way which is almost independent of the heating rates and the lateral transpart of $\overline{u\theta}$ and \overline{\theta^2}$ is larger than that of lateral transport of $\overline{V\theta}$ and $\overline{\theta^2}$,. Previous models for 3rd order moments have been assessed with the experimental data and it was found that application of a composite timescale between the dynamic timescale and the thermal timescale for the third order moments to the simples gradient transport model yields best overall prediction performance over any existing models including Lumley's algebraic model equations for the moments.
In addition, since the experiment has isolated the effect of uniform mean shear on the turbulent scalar transport, experimental data accumulated by the present study will be useful for further development of more refined second order turbulence models for non-isothermal turbulent flows.
균일전단류내에 있는 선형열원으로 부터의 확산에 대해 3차 모우멘트까지의 통계적 난류량의 분포를 측정하고 레이놀즈 전단응력 방정식과 난류열유속 방정식의 3차 스칼라 이송항의 수치적 난류모델을 개발하였다. 균일전단류를 생성시키기 위해 특별한 풍동과 균일전단류 발생기를 설계 제작하였으며 떨림속도와 떨림온도 를 동시에 측정하도록 X형 열선풍속계와 $0.6 ㎛ m$ 직경의 백금선을 이용한 냉선온도계를 제작, 조합한 3선 시스템을 사용하였다.
위 시스템에 의해 감지된 세 종류의 신호를 디지탈 데이타 처리방식으로 떨림속도를 구별해 내고 떨림속도와 떨림온도간의 상관관계와 Autocorrelation을 구하였다.
데이타를 지역별 특성치로 무차원화하여 가열도와 선형열원으로부터의 거리에 무관하게 모든 데이타를 일관성있게 처리하도록 하였으며 $\overline{u\theta}$와 $\overline{\theta^2}$의 축방향 이송에 대한 시간척도 (timescale)가 $\overline{v\theta}$와 $\overline{\theta^2}$의 측방향 이송에 대한 것보다 큰 것을 알 수 있었다. 3차 모우멘트에 대한 Lumley의 대수 모델 방정식을 포함한 현존하는 모델들과 유동에 대한 시간척도와 스칼라양에 대한 시간척도를 가중치를 주어서 복합한 시간척도를 단순 구배이송모델과 함께 사용한 모델을 개발하여 예측치들을 실험치와 비교평가한 결과 이 복합모델이 가장 좋은 예측을 하고 있음이 밝혀졌다.
또한 이 실험에 의한 자료는 균일한 전단만이 유동의 난류구조의 발달에 영향을 미치고 있으므로 2차 난류모델의 개발에 좋은 자료가 된다.
