기계공학부 구성원들의 많은 관심과 참여 부탁드립니다.

▣ 제  목: DNS를 이용한 초음속 압축 램프의 난류 증폭 메커니즘 연구

▣ 연  사: 이상봉 교수

▣ 소  속: 한국과학긱술원

▣ 일  시: 2024. 5. 17.(Fri) 13:00

▣ 장  소: 제2공학관 B040호

▣ 초  록

 충격파-난류경계층 상호작용 (Shock turbulent boundary layer interaction, STBLI)은 초음속/극초음속 기체에 압력 저하, 엔진 비시동, 구조적 공진등 악영향을 미치기 때문에 60년 이상 연구되어왔지만 아직 STBLI의 저주파 거동 및 난류 구조 변화에 대한 정확한 메커니즘은 규명되지 않았다[1]. 2010년대부터 전산 기술의 발달로 STBLI 의 직접수치모사기법(Direct numerical simulation, DNS)을 이용한 STBLI 해석 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 기존에는 관측할 수 없었던 STBLI 내부 현상들이 발견되었다. 그 중 하나가 강한 충격파에 의한 STBLI 에서 재부착지점에서의 난류 증폭이며 이는 free shear layer에 의해 발생한다 알려져있다 [2]. 본 연구에서는 STBLI 내 난류 증폭의 원인을 규명하기 위해 고해상도 고정밀 DNS 솔버를 개발하였으며 같은 현상을 해석한 다른 솔버의 차분법 비해 분해능이 높은 직접 차분법 (Compact scheme)을 사용하였다. 본 시뮬레이션의 마하수는 2.91이고 압축 램프 각도는 24°로 Bookey의 실험[3]을 모사하였다. 실험데이터를 통해 본 솔버가 다른 솔버에 비해 STBLI 현상을 정확히 계산함을 검증하였다. 격자수는 약 3억개의 격자가 사용되었다. 해석 결과 재부착 지점 부근에서의 난류 증폭의 원인은 free shear layer에 의한 K-H instability 가 아니며 STBLI 내의 강한 분리 흐름으로 인해 재부착지점 부근에서의 sonic line의 요동이 Eddy shocklet을 유발하고 이로인한 압력 요동의 증폭이 난류의 증폭으로 이어진다는 것을 확인하였다.