Interactive vortex shedding in the multiply connected domain formed by a pair of circular cylinders was analyzed by the FEM-FDM grid blending technique. The efficiency and accuracy of this technique were investigated by calculating the impulsively started circular cylinder flow problem to compare with the earlier experimental and computational results. Vorticitystreamfunction formulation was used to solve the incompressible NavierStokes equations, with the time dependent wall streamfunctions determined from the pressure constraint condition and the far-field streamfunctions from the integral series formula. Standard Galerkin method was used in the relatively small finite element subdomain and the finite difference method based on the general coordinate system in the rest majority of flow domain. Symmetric and antisymmetric vortex shedding patterns in the coupled flow regime and asymmetric one in the biased flow regime were presented confirming the earlier experimental findings. The bistable nature of the asymmetric vortex shedding as well as the intermittent drifting from one status to the other between the symmetric and antisymmetric wake patterns was reported.
The mixed convection heat transfer and fluid flow patterns were studied for the double circular cylinders arranged transverse to the vertical air stream. The same numerical technique as the case of the cold flow was applied to the coupled Navier-Stokes and energy equations. It was found that the Karman vortex street breaks down behind the double heated cylinders in a transient manner for cirtain Richardson number range due to the buoyancy effect and vortex interaction, in contrast to the sudden break-down applicable to a single heated cylinder. It was also found that heat transfer from the double cylinders is more vigorous than from a single cylinder owing to the activated buoyant gap flow.
유한요소-유한차분 격자 연합법을 사용하여 흐름방향에 수직으로 배열된 두 개의 원형 실린더로 이루어진 다중연결 영역에서의 상관성 와동에 관하여 연구하였다. 이 방법은 유한 요소법의 기하학적 유연성과 유한 차분법의 계산 효율성이라고 하는 두 장점을 살린 것이다. 이격자 연합법의 효율성과 정확성을 검증하기 위하여 갑자기 출발하는 원형 실린더 문제를 해석하였고 실험 결과 및 다른 계산 결과와 비교하였다. 비압축성 Navier-Stokes 방정식을 와도-유동함수로 정식화하여 해를 구하였으며 시간 종속인 실린더 벽면 유동함수를 결정하기 위하여 압력의 단가성으로부터 유도되는 구속 조건을 이용하였고 외부 경계의 유동함수를 결정하기 위하여 적분급수 공식을 사용하였다. 상대적으로 크기가 작은 유한요소 영역에서는 표준 갈러킨 방법을 적용하였고 그 밖의 유한차분 영역에서는 일반 좌표계에 기초한 유한 차분법을 사용하였다. 이러한 수치적 계산 방법을 통하여 coupled flow regime 에서는 대칭, 반대칭 와도흘림 형태가 존재하고 biased flow regime 에서는 비대칭 와도흘림 형태가 존재한다는 실험적 사실을 확인하였고 실린더에 가해지는 양력곡선, 항력곡선등을 제시하였다. 그리고 대칭형의 후류와 반대칭형의 후류 사이에서 한 형태에서 다른 형태로의 단속적 이동이 일어난다는 것뿐만 아니라 비대칭 와도흘림의 이중 안정성을 보고하였다. 수직 공기 흐름에 횡으로 배열된 두 원형 실린더에 가열을 하였을 경우의 유체 유동 현상과 혼합대류 열전달 특성을 연구하였다. 서로 연결된 Navier-Stokes 방정식과 에너지 방정식의 해를 구하기 위하여 가열이 없는 경우에 적용하였던 방법과 같은 수치 방법을 사용하였다. 가열된 단일 원형 실린더에서 부력 효과에 의해 발생되는 갑작스런 와도소멸과는 대조적으로 가열된 두 원형 실린더에서는 어떤 범위내에서 와도 소멸이 점진적으로 일어남을 발견하였다. 또한 활성화된 사이흐름에 기인하여, 단일 실린더에서보다 두 실린더에서의 열전달이 더 활발함을 발견하였다.
