Capability of Turbulence Modeling Schemes on Estimating the Film Cooling at Parallel Wall Jet-Nozzle Configuration

Numerical simulation has been performed in this study to investigate the capabilities of turbulence modeling schemes on estimating the film cooling at a referenced parallel wall jet-nozzle configuration. Also a additional simulation has been performed for film cooling under 2-dimensional axis symmetry conditions at a parallel wall jet-nozzle configuration. It was concluded that the best turbulence model is the standard $k-{\epsilon}$ model with enhanced wall functions. Also a additional simulation showed the film cooling characteristics that are resonable physically.

평행 벽 제트-노즐 형상에서 난류모델별 막냉각 예측 능력

본 연구에서는 평행 벽 제트-노즐 형상의 막냉각 수치해석에 적합한 난류모델을 선정하고자 하였다. 현재 실험을 하기 위한 전 단계이므로, 먼저 유사한 참고 형상에 대해 Standard $k-{\epsilon}$ 모델과 RNG $k-{\epsilon}$ 모델, SST $k-{\omega}$ 모델, 그리고 RSM 모델 등 다양한 난류모델을 적용하였고, Near-wall 처리 방법으로서 SST $k-{\omega}$ 모델을 제외하고는 Standard wall functions와 Enhanced wall functions 등 2종류를 각각의 모델에서 사용하였으며, 실험값과 비교하여 보다 적합한 난류모델을 선정하고자 하였다. 나아가 2차원 축대칭으로 평행 벽 제트-노즐 단일 슬롯 형상에 대해 기선정한 난류모델을 적용하여 막냉각 특성을 살펴보았다. 유사 참고 형상에 대한 해석 결과 Standard $k-{\epsilon}$ 모델 및 RSM 모델이 거의 비슷한 성능을 보여주었으나 수렴성이 우수한 Standard $k-{\epsilon}$ 모델이 선정되었다. 또한 Standard wall functions를 사용하는 것보다 Enhanced wall functions를 사용하는 것이 더 좋은 결과를 보여주었다. 나아가 평행 벽 제트-노즐 단일 슬롯 형상에 적용한 결과 물리적으로 타당한 막냉각 특성을 보여주었다. 선정된 모델 및 해석방법론을 이용하여 평행 벽 제트-노즐 다단 슬롯 형상에 대한 막냉각 해석을 수행할 예정이며, 관련 결과는 추후 실험 예비해석 방법론으로 활용할 예정이다.