Journal of the Society of Naval Architects of Korea (대한조선학회논문집)

The Society of Naval Architects of Korea (대한조선학회)
권호 표지

Vorticity Based Analysis of the Viscous Flow around an Impulsively Started Cylinder

와도를 기저로 한 초기 순간 출발하는 실린더 주위의 점성유동해석

  • 김광수 (서울대학교 조선해양공학과) ;
  • 서정천 (서울대학교 조선해양공학과)
  • Published : 1998.11.01
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Abstract

This paper presents a vorticity-based numerical method for analyzing an incompressible Newtonian viscous flow around an impulsively started cylinder. The Navier-Stockes equations have a natural Helmholtz decomposition. The vorticity transport equation and the pressure equation are derived from this decoupled form. The associated boundary conditions are dynamic for the vorticity and pressure variables representing the coupling relation between them and the force balance on the wall. The various numerical treatments for solving the governing equations are introduced. According to Wu et al.(1994), the boundary conditions are decoupled, keeping the dynamic relation between vorticity and pressure. The vorticity transport equation is formulated by FVM and TVD(Total Variation Diminishing) scheme is used for the convection term. An integral approach similar to the panel method is used to obtain the velocity field for a given vorticity field and the pressure field, instead of the conventional differential approaches. In the numerical process, the structured grid is generated. The results are compared to existing numerical and analytic results for the validity of the present method.

본 논문에서는 비압축성 Newtonian 점성유동에서 초기에 순간 출발하는 2차원 실린더 주위의 유동을 해석하기 위해서, 와도를 기저로 한 수치해석기법을 제안하고 있다. Helmholtz 분리 형태로 표현된 Navier-Stokes방정식에서 유도되는 와도전달방정식과 압력방정식, 그리고 벡터등식에서 유도되는 속도-와도 관계식을 이 문제의 지배방정식으로 택하고, 경계조건으로는 물체표면에서 와도와 압력의 연성관계와 힘의 평형을 고려한 동적와도경계조건과 동적압력조건이 제시된다. 이 지배방정식과 경계조건을 수치적으로 처리하기 위하여, 와도와 압력이 연성되어 있는 경계조건은 Wu등(1994)이 제안한 대로, 연성관계를 유지한 채로 식을 분리하는 방법을 이용하였고, 와도전달 방정식은 유한체적법으로 계산하였으며, 그 식에 포함된 대류항을 처리하는 방법으로 TVD 방법을 이용하였다. 속도는 Biot-Savart적분항이 포함된 벡터등식에서 panel방법으로 구하고, 압력방정식은 형태가 Poisson방정식이므로 역시 panel방법을 이용하였다. 계산에 사용된 격자로 정규격자를 이용하고, 결과를 다른 수치적, 해석적 결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

Keywords

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