Self-Sustained Tone Simulations using the Finite Difference Lattice Boltzmann Method with Flexible Specific Heat Ratio

조정 가능한 비열비를 갖는 FDLBM에 의한 자려발생 음의 시뮬레이션

기존의 2차원 FDLB 모델(D2Q21)에서 비열비 ${\gamma}$는 공간의 차원수(D)에 의존한다. 즉, 2차원 공간의 계산에서는 ${\gamma}=(D+2)/D=2.0$밖에 취할 수 없으며, 공기와 같은 실체기체를 전산모사 하기에는 여러 어려움이 있다. 이러한 이유 때문에 문헌[1]의 LBM에서 제안된 조정 가능한 비열비 모델을 2차원 FDLB모델에 적용하여 자려발생 에지톤(edgetone)의 수치계산이 수행되었다. wedge의 선단각도가 ${\alpha}=23^{\circ}$(Case I) 및 $20^{\circ}$(Case II)를 갖는 2가지 모델이 설정되었으며, 노즐출구에서 wedge선단까지의 거리 w/d는 $3d{\sim}12d$사이에서 주어졌다. edgetone은 노즐로부터 나온 분류와 edge의 상호작용으로 이난 음압(sound pressure)의 차에 의해서 소음이 발생하며, 이 음압은 다시 상류의 분류에 영향을 미쳐 분류의 변동을 가져온다. w/d가 ??9d이하인 경우, 피드백(feedback) 메커니즘에 기인한 주기적인 운동이 발생하지만, w/d가 큰 ??9d이상인 경우에는 분류의 불안정성 때문에 규칙적인 분류의 운동은 보이질 않으며, 이는 기존의 연구결과들과 잘 일치함을 보였다. 본 연구에서 적용된 모델을 이용하여 공기와 같은 2원자 기체의 비열비 ??${\gamma}=1.4$를 갖는 유체에 있어서 공력 소음의 수치예측이 가능하다는 것을 확인하였다.