In this thesis, method of analysis of Coanda flow around a circular cylinder is presented. Existing analysis is improved using momentum integral equation and empirical data to predict accurately the flow characteristics of a wall jet along the surface of a circular cylinder, including the velocity profile, the jet detachment downstream and evaluation of the reliable parameter in a wide range of Reynolds number.
For analysis momentum integral equation and empirical data are used. To determine the detachment point, shear stress is formulated similar to the method of Maskell. Von Doenhoff and Tetervin's criterion is modified in order to calculate the shape factor.
Comparison of the results of the present analysis with existing experimental data shows a good agreement for velocity profiles and detachment points.
Jet flow가 convex solid surface를 따라 흐를 때, 보통의 유동과 비교해서 상당히 뒤까지 박리(separation)가 생기지 않는다. 이는 jet가 주위로부터 유체를 빨아들여(entrainment) 운동량(flow momentum)을 증가시키기 때문이다. 이러한 유동 현상을 코안다 효과(Coanda effect)라고 부른다. 코안다 효과는 실용적으로 추력 증대(thrust augmentation), 고양력과 낮은 저항을 갖는 날개(high lift and low drag wing), V/STOL비행체, jet flap, 추력 방향제어(thrust vector control) 등에 이용되고 있다.
코안다 효과를 이해하기 위해서 본 논문에서는 아음속에서의 원통 주위의 wall jet 문제를 해석하고자 한다. 해석의 범위는 원통 주위의 wall jet의 기본적인 특성(속도 분포, jet 박리점, 여러 parameters의 evaluation 등)을 넓은 영역의 레이놀즈數(Reynolds number)에서 더욱 정확하게 예측하기 위해서 존재하고 있는 해석을 개량하는 것이다.
해석을 위해서, 기본 방정식은 Navier-Stokes equations in polar coordinate에서 curvature effect를 묘사하기 위해서 second order까지 취한 extended boundary layer equations in polar coordinate을 사용하였다. 이를 풀기 위해서 이 방정식을 momentum integral equation꼴로 변형하였고 부족 되는 정보(informations)들은 경험치(empirical data)를 이용하였다.
박리점을 정확히 예측하기 위해서 curvature의 영향을 받는 전단응력(shear stress) 을 Maskell의 방법과 유사하게 수식화했으며, 이때 shape factor를 계산하기 위해서 Coanda 유동에 맞게 Von Doenhoff and Tetervin's criterion을 수정하여 사용하였다. 물리적인 현상(속도 분포, 박리점 등)이 레이놀즈數 $Re_N = 4\times 10^4$ 을 경계로 클 때와 작을 때에 크게 다르므로 두 구역으로 나누어 생각하였다. 계산 결과 속도 분포와 박리점의 이론치와 실험치가 매우 잘 일치하므로 이 방법이 원통 주위의 코안다 유동의 특성을 잘 예측할 수 있음을 알았다.
특히 $Re_N＜4\times 10^4$ 일 때는 empirical parameters이 $Re_N$에 따라 변하였으며 전단응력에 대한 곡률효과가 $Re_N$이 감소할수록 점차적으로 감소함을 알았으며, $Re_N＞4\times 10^4$ 일 때는 empirical parameters이 $Re_N$ 에 관계없이 universally 사용될 수 있었다.
