The current PhD thesis proposes ample insight into highly unsteady flow induced by the impulsive motions of the blunt bodies and is aiming at developing a new subgrid-scale model for LES being able to more precisely predict it.
First, in order to scrutinize complex flow phenomena induced by impulsively accelerated/decelerated motions, Scale Resolving Simulation (SRS) such as Hybrid LES/RANS, LES is currently adopted. Thus the SRS in terms of time and scale-resolving is expected to more precisely trace highly transient behaviors of fluid flow caused by the blunt bodies. The secondary and primary vortices created by the impulsive motions of the blunt bodies are identified essential factors determining the characteristics of extremely unsteady flow fields. They are believed to be directly related to the inertial force and the transient flow separation according to the bluntness of configurations. The mobility of the flow separation point along the surface of the object with bluntness is able to make a contribution to the characteristics of the secondary vortex and its interaction with the primary one. Therefore, a distinctive phenomenon of drag plateau is manifested through the impulsively accelerated motion of the circular cylinder rather than other cylinders.
Secondly, a new SGS model for LES using two transportation equations for ksgs and ωsgs is presented. In the new SGS model, another transportation equation for ωsgs (specific SGS eddy dissipation rate) should be solved and the instantaneous value of calculated ωsgs is transferred to the equation ksgs and thus two transient values with time are updated with each other. Moreover, a new formula for the evaluation of the eddy viscosity is derived and an advanced method for the production term in the SGS energy equation is also adopted. For the purpose of the validation of the new SGS model, the lid-driven cavity flow and the flow around three dimensional square cylinder are employed and investigated. The new two-equation SGS model shows the results closer to the experimental data for turbulent fluctuating velocities in wall-bounded flow regions.
본 연구에서는 저레이놀즈수에서 무딘물체의 순간운동으로 인해 유발되는 고비정상 유동장에 대한 충분한 통찰력을 제시하고 이러한 물리적 현상의 보다 정확한 예측을 위해 새로운 대와류모사(LES)의 아격자(subgrid-scale) 모델을 제시 하고자 한다.
와류의 비정상, 크기측면에서 자세한 분석이 가능한 대와류모사, Hybird LES/RANS 방법이 순간가속/감속에서 발생하는 복잡한 유동장에 적용되었다. 따라서 고비정상 유동특성이 이러한 방법을 통해 보다 정확하게 분석 가능하리라 기대된다. 무딘물체의 순간운동으로 인해 발생하는 고비정상 유동장의 특성을 결정짓는 중요한 요소가 일차/이차 와류임이 확인 되었다. 이 와류의 특성은 물체 형상의 무딘 정도에 따른 관성력과 비정상 박리현상이 직접적인 관련이 있는 것으로 판단된다. 무딘물체의 표면을 따라 이동하는 비정상 박리지점의 이동성의 자유도가 이차와류의 특성과 일차와류와의 상호작용에 기여하는 것으로 판단된다. 이러한 상호작용의 독특한 현상으로 원형실린더의 순간 가속시 저항이 일정시간동안 일정한 값으로 유지되는 현상이 관측되었다.
새로운 대와류모사 모델인 아격자와류에 대한 두개의 방정식인, 즉, 난류운동에너지와 에너지소실의 전달방정식을 이용한 대와류모사 모델이 개발되었다. 와류에너지 소실에 대한 비정상 방정식의 해를 구해, 기존 난류운동에너지 비정상 방정식과 정보를 주고 받음으로써 아격자와류에너지의 소실을 보다 정확하게 예측하도록 하는데 목적을 두고 있다. 또한 보다 정확한 와류점성을 계산하도록 새로운 점성계산공식과 생성항에 보다 진화 된 방법이 사용되었다. 새로운 모델의 검증을 위해 덮개움직임에 의한 공동내부와 사각실린더 주변의 복잡한 유동장에 새롭게 개발된 모델이 적용되었다.
