거친 벽면을 흐르는 난류 유동(Turbulent flows over rough walls)

전문가 제언

□ 거친 벽면을 따라 흐르는 난류 유동은 여러 가지 경우에 나타나지만 자연계에서 일어나는 대표적인 경우가 지구물리학적 또는 기상학적인 측면에서 일어난다. 자연계에서 거칠기 요소의 특성 높이는 눈이나 흙과 같은 수㎛에서 시골 토양의 수cm, 산과 계곡과 같은 수십m의 범위로 존재한다. 대기적인 규모의 경계층 두께는 m가 되어 /k는 토양 면적보다는 커지게 되나 도시나 산림보다 커지지는 않는다.

□ 거친 벽면을 흐르는 난류 유동에 있어서 예전부터 수도관의 압력 손실에 대하여 연구되어 왔고, 이것은 난류의 역사에 중요한 역할을 하였다. 그러나 연구에 사용하였던 수도관들이 충분히 거칠지 않았기 때문에 거친 난류 유동 이론은 서서히 발달되어 왔다.

□ 난류 경계층에서 거친 벽의 영향은 2개의 무차원 인자에 의해 조절된다. 하나는 거칠기 레이놀즈수(Ks+ 또는 △U+)로, 거칠기의 간섭이 버퍼층으로 확장되는 것을 정량화한다. 두 번째 인자는 비록 중요성이 인정되지만 일부 무시되고 있는 거칠기 높이에 대한 경계층 두께의 막힘비 이다. 이것은 로그층에서 거칠기의 직접 영향을 측정하며, 여기에 대부분의 에너지 생성과 평균 전단이 집중되고 있다.

□ d-거칠기와 k-거칠기 간의 차이는 Perry에 의하여 만들어졌는데, 그는 d-형 거동의 증거들을 정리하였다. 좁은 폭을 갖는 사각수로를 구성하여 거칠게 만든 판을 흐르는 여러 가지 경계층, 유효 거칠기 ks는 거칠기의 높이 k에 비례하지 않고, 경계층 두께(d)에 비례한다는 것을 관측하였다.

□ 높은 막힘 비율을 갖는 유동은 보통의 벽면 난류 메커니즘의 일부를 유지하고 있으므로 장애를 지나는 유동으로 묘사하는 것을 권장하는데, 이것 또한 거칠기 형상에 의존한다. 거의 대부분의 경우에 실험과 모순이 존재하고, 심지어 경향이 확실하고 데이터 모순이 없는 경우에도 값들이 다르다. 이것은 유동 구조를 입증하지 않는 실험을 요구하고 있는 산업적 요구에 기인한다. 또한 이 문제의 일부분은 거친 표면의 다양성으로 거칠기 층의 동적 역학에 영향을 주었다.

저자

Jimenez, J

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

일반기계

연도

2004

권(호)

36

잡지명

ANNUAL REVIEW OF FLUID MECHANICS

과학기술
표준분류

일반기계

페이지

173~196

분석자

임*생

분석물

• 거친 벽면을 흐르는 난류 유동.pdf [300,928 byte]

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