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동적 PIV를 이용한 축대칭 충돌분류의 측정

전문가 제언: ○ 충돌분류는 노즐에서 분출한 기체나 액체의 유동이 고체벽면에 수직 또는 경사지게 충돌할 때 발생하는 유동장이다. 이 유동이 고체벽에 부딪치는 정체점(stagnation point) 부근에서는 높은 열.물질전달이 발생한다. 따라서 고효율의 가열.냉각.건조가 필요한 공학분야에 폭 넓게 이용되는 난류이다.

○ 단일 원형 노즐로 분출되는 축대칭 충돌분류에 대한 난류구조는 아직 확실하게 규명되지 못했다. 이것은 정체점의 난류구조를 시계열로 정량적으로 측정할 수 있는 방법이 없었기 때문이었다. 따라서 종래보다 시간분해 능력이 대폭 향상된 동적 PIV 시스템을 사용하여 정체점에서의 난류구조의 순간 거동을 측정한 사례이다.

○ 실험장치는 시험부가 물에 잠기는 구조로서 원형관 형태의 난류가 연직방향으로 유입하여 상부의 투명 원형벽에 충돌한다. 다음에 벽면분류를 형성한 후 원형측벽과 노즐 출구판 사이로 유출한다.

○ 측정결과에 있어서, 동적 PIV는 일반적인 난류 통계량을 높은 신뢰성으로 계측할 수 있음을 보였다. 측정하여 얻은 시계열 속도정보로부터 난류구조를 파악하였다. 고속 유체 덩어리와 와구조(渦構造)의 발생이 관찰되었으나 지금의 2차원 계측으로 이들의 상관관계까지는 규명이 되지 않았다.

○ 향후 카메라와 레이저광 등 하드웨어의 성능 향상과 계측 알고리즘의 개발 확대로 동적 PIV 시스템의 성능은 계속적으로 향상될 것이다. 이와 함께 3차원 측정이 가능한 입체 동적 PIV 시스템과 온도장 계측 방법을 결합하는 등 측정 방법도 다양화되고 있다. 따라서 향후, 현재는 분석이 곤란한 미세영역이나 아주 복잡한 비정상 유동에 대한 해석도 가능하게 될 것이다.

저자: Koichi NISHINO ; Tsuyoshi TAKAHASHI
자료유형: 학술정보