Problems of the numerical prediction by previous computational models on the recirculating flows are identified by comparing the various model predictions and experiments on the representative recirculating flows such as backward-facing step flow and the normal fence flow. It was found that previous modifications on the standard two-equation model are not adequate for the prediction on the recirculating flows with appreciable streamline curvature. It was also found that the higher-order turbulence models such as 3-equation model and algebraic stress model show a strong zonal dependency in prediction accuracy.
By careful examination of experimental data on the third-order transport terms in a turbulent flow around a normal fence, it was shown that the streamline curvature has strong effects on the spatial transport of the second-order moments. Such streamline curvature effects on the third-order correlations are modeled by devising a curvature time scale for the third-order transport mechanism from the analogy between buoyancy and streamline curvature effects on turbulence. The proposed curvature dependent third-order correlation model is proved that it yields considerably better prediction than that of the simple gradient diffusion model.
Incorporation of the new curvature dependent third-order model into the k-ε equation method with a curvature dependent term in ε-equation is found to yield very good prediction accuracy for the turbulent recirculating flows. Particularly, the recovery of the mean velocity profile in the redeveloping region after the reattachment is correctly simulated by the present method.
活流 再循環 유동을 예측하기 위하여 지금까지 사용되어 오던 난류모델들을 後面壁 유동, 前面壁 유동, 그리고 垂直壁유동과 같은 대표적인 재순환 유동에 적용시킴으로써 각 모델들의 특징을 비교 분석하였다. 그 결과 이전의 曲律修正 모델들은 流線曲律이 난류 유동구조에 큰 영향을 미치는 재순환 유동의 예측에는 적합하지 않다는 것이 밝혀졌다. 또한 3-방정식 모델이나 代數應力 모델과 같은 高次 난류모델 역시 유동장내의 위치에 따라서 평균속도 예측의 정확도가 많은 차이를 보이고 있음이 발견되었다.
수직벽 주위의 난류 유동장에 대한 실험결과의 분석을 통해서 유선곡률이 三次 相關關契(third- order correlation) 즉, 2차 운동량의 공간확산에 매우 큰 영향을 미치고 있으나 이러한 영향은 기존의 난류모델에서는 고려되고 있지 않음을 알 수 있었다. 본 연구에서는 浮力效果와 曲律效果 사이의 현상학적인 유사성을 이용하여 浮力 弛緩 時間基準値(buoyancy relaxation time scale)에 상응하는 곡률 시간기준치를 고안하였으며 이것과 속도 시간기준치를 조합하여 3차 상관관계의 공간적인 이동 시간기준치를 새롭게 제안하였다. 이 새로운 3차 상관관계 모델은 기존의 單純 句配 擴散 모델보다 유선곡률의 영향을 더욱 잘 평가하고 있음이 실험적으로 입증되었다.
새로운 곡률 수정 모델은 첫째, 난류 운동에너지와 減殺率 방정식의 확산항에 새로운 3차 상관관계 모델을 도입하는 것과, 둘째, 감쇄율 방정식의 消滅項에 유선곡률이 난류 운동에너지의 감쇄율에 미치는 영향이 포함되도록 수정하는 것으로 구성된다. 이 모델을 몇 가지 대표적인 재순환 유동에 적용시켜 본 결과 유동장의 위치에 관계없이 Leschziner와 Rodi 의 곡률수정 모델보다 좋은 예측 결과를 얻을 수 있었다.
