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유체 와류의 여러 가지 양상(Various aspects of fluid vortices)

전문가 제언: □ 와류(소용돌이)는 유체의 점성에 의하여 발생된다. 유체가 점성이 있는 경우 외부 또는 내부의 운동에서 발생된 운동에 의해 유체의 운동차이가 발생하고 이에 따라 발생하는 것이 와류이다. 와류는 그 유동이 한 축을 따라 거의 변화가 없는 경우에 2차원(2D)으로 고려될 수 있다. 그 전형적인 경우가 지구물리, 성층화, Hele-Shaw 유동이다. 최초의 2D 유동에 대한 이론적인 관점은 점 와류 시스템에 대한 고려로, 이러한 접근은 물리적 흥미뿐만 아니라 중요한 수학적인 도전을 준다. 예를 들어 지구 물리학적인 사이클론은 해밀턴 역학을 구에 적용할 경우의 모델을 사용할 수 있다.

□ 대규모 와류가 해양과 대기 역학에서의 핵심 역할을 한다. 이러한 성층화(stratified)되고 회전하는 지구 물리적 유동에 있어서 전단 불안정성(shear instability)을 만드는 대형 구조물들은 수직 운동을 방해하는 강력한 코리올리 효과와 중력에 의해 일반적으로 2D 이다. 예를 들면 산이 있는 섬 주변 바람의 유동은 구름의 형상으로 나타날 때 고전적 버나드-폰 카르만 열(classical Bérnard-von Kármán street)을 연상시키는 와류 열(vortex street)을 발생한다.

□ 전체 구조에 영향을 주는 작은 충돌을 가함으로써 유동을 조작하며, 이것이 최저의 코스트로 일부 특성을 강화하거나 감소시키는 데 사용되는 전형적인 제어 방식이다. 예를 들어 자동차의 경우 연료를 절약하기 위해서는 끝단에 의해 발생되는 길이방향 와류를 감소시켜 항력을 줄이는 것이 절대적으로 유리하다. 따라서 자동차의 항력 계수를 줄이기 위한 노력이 시도되었다. 이러한 방법의 하나로 실린더 후류에 버나드-폰 카르만 와류 열을 적용할 수가 있다. 또한 전체 유동 구조에 영향을 주는 작은 충돌을 가함으로써 유동을 조작할 수 있다.

저자: Delbende, I; Gomez, T; Josserand, C; Nore, C; Rossi, M
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