This master thesis presents the work conducted on the effects of surface rough topology on heat transfer experienced by a flat-faced rigid body in a low enthalpy flow. The whole work consists of two parts. The foremost part is a numerical modelling, complimented by an experimental validation of the code.
The CFD technique is based on the in-house CLithium2 code of Queen Mary University of London (QMUL). The code was modified for the hypersonic conditions used at the KAIST Hypersonic Laboratory, and was verified correspondingly for the distance of the detached shock wave and the developed boundary layer against existing analytic, numerical, and experimental techniques. The free-stream conditions for nominal Mach number 6 are used in order to agree with accompanying shock tube tests. The numerical results are obtained for laminar conditions due to the very short time scales looked at it. The rough topology modelling is simulated with the levels ranging from 2000 microns to 8 microns. The results show that topology with the higher roughness level yields an increase in the stagnation heat transfer and stagnation pressure over the body. However, this trend in heat transfer belongs to roughness level higher than 1000 microns. In addition, a relatively low temperature (< 2000 K) conditions justified the use of ideal gas model and the continuum assumption used in the code.
이 석사 학위 논문은 표면 거칠기 저엔탈피 유동에서의 무딘 물체 열전달에 미치는 영향에 대한 연구다. 전체 연구는 두 파트로 나뉘어 있다. 첫 파트는 수치적 모델링이며, 그 다음은 코드의 실험적 검증으로 이루어져 있다.
전산 유체 해석 방법은 Queen Mary University of London (QMUL)에서 독자적으로 개발한 CLithium2 코드를 기반했다. 이 코드는 KAIST 극초음속 연구실에서 사용된 초음속 조건들에 맞게 수정되었고, 해석적, 수치적, 그리고 실험적 방법들에 비교하여 이탈 충격파와 발달된 경계층의 거리를 반영하였다. 마하 수 6에 맞는 자유 유동 조건이 사용되어 충격파관 실험과 일치하도록 하였다. 수치적인 결과는 관측 시간이 매우 짧기 때문에 층류 조건하에 수집되었다. 표면 거칠기 모델링은 8 microns 에서 2000 microns 사이의 범위 내에서 진행되었다. 거칠기 정도 1000 에서 2000 microns 범위에서는 온도 하중을 증가시킨다는 결과가 나타났다.비교적 낮은 온도 범위 조건 (< 2000 K)을 통하여 코드에서 사용된 이상 기체 모델과 연속체 가정이 열전달 예측에 있어서 어디까지 성립되는지 확인되었다.
