난류 혼합(Turbulent mixing)

전문가 제언

□ 유체를 효과적으로 혼합하는 난류 유동(turbulant flow)의 능력은 유체 역학의 중요한 부분이다. 현저한 폭을 갖는 스펙트럼을 가로질러 일어나는 높은 레이놀즈수(Re) 유동에서 난류 혼합을 포착하여 이를 나타내려는 노력들이 많은 실험과 이론, 모델링과 수치적인 방법 등에 의해 시도되어졌다.

□ 난류영역을 흐르거나 유입되는 유체는 가장 큰 것에서부터 가장 작은 와류(eddy)에 의해 발생된 운동에 의해 이송되고 이것을 분산시킨다. 이것은 분자적인 확산이 활동할 기회를 갖고, 높은 Re의 난류 유동이 큰 경계면 표면 면적이 다른 느린 분자 혼합을 효과적으로 진행하도록 도와준다.

□ 난류 혼합은 3수준으로 나눠진다. 가장 간단한 1-수준 혼합의 경우가 수동형 스칼라 사이에서 일어나는 것과 같이 혼합이 수동적인 경우이다. 예로는 밀도가 일정한 상태 가스에서의 혼합으로 이런 혼합은 유체역학상 되돌릴 수 없다. 2-수준 혼합은 가속장/중력장 내에서 서로 다른 밀도의 유체 혼합에서와 같이 동역학과 결합되어 있다. 3-수준 혼합은 성분, 밀도, 엔탈피(enthalpy)의 변환/이완 및 압력 증가 등의 유체 변화를 일으킨다. 이것은 차례로 동역학과 결합되어 있다. 이 예로서 양초에 의하여 형성되는 부력에 의한 유동, 대부분의 연소 등이다.

□ 2-수준 혼합에서 유체역학은 혼합 과정으로 전환된다. 그 예가 안정적으로 성층화되고 압력 기울기 또는 외부 하중/가속장이 걸리는 것을 가정한 불안정한 불균일 유동이다. 1-수준과 구별되는 특성은 압력과 밀도 기울기 또는 등가적으로 그 유동에서의 온도와 엔트로피 기울기 사이의 불일치의 원인으로 경압 와류(baroclinic vorticity)가 발생한다.

□ 3-수준 혼합에 있어서 유동은 유체에서 부수적인 변화에 의해 바뀌게 된다. 연소가 가장 비슷한 예로, 추가적 시간-공간 크기와 동역학에 현저한 복잡성을 주는 현상학(phenomenology)과 수치-시뮬레이션에 실제적인 공간-시간 경직성(space-time stiffness)을 준다. 연소와 관련된 현상에 의해서 소개되는 주요 성분들이 복합된 동역학이다. 이것은 스칼라 전달 방정식 내에서 높게 비선형화된 반응 비율을 갖는다.

저자

Dimotakis, PE

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

정밀기계

연도

2005

권(호)

37

잡지명

ANNUAL REVIEW OF FLUID MECHANICS

과학기술
표준분류

정밀기계

페이지

329~356

분석자

임*생

분석물

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