Flow and Heat Transfer Characteristics of a Circular Cylinder with the Periodic Inlet Velocity

In this study, the vorticity distribution and the temperature distribution change around a circular cylinder were compared and analyzed with time for constant inlet velocity and periodic inlet velocity. Also, the frequency characteristics of the flow were analyzed by analyzing the time variation of lift and drag and their PSD(power spectral density). In the case of constant inlet velocity, the well known Karman vorticity distribution was shown, and vortices were alternately generated at the upper and lower sides of the circular cylinder. In case of periodic inlet velocity, it was observed that vortex occurred simultaneously in the upper and lower sides of the circular cylinder. In both cases, it was confirmed that the time dependent temperature distribution changes almost the same behavior as the vorticity distribution. For the constant inlet velocity, the vortex flow frequency is 31.15 Hz, and for the periodic inlet velocity, the vortex flow frequency is equal to the preriodic inlet velocity at 15.57 Hz. The mean surface Nusselt number was 99.6 for the constant inlet velocity and 110.7 for the periodic inlet velocity, which showed 11.1% increase in surface heat transfer.

주기적인 입구 속도 변동에 따른 원관 주위 유동 및 열전달 특성

본 연구에서는 단일 원관에서 입구의 유속이 일정한 경우와 주기적인 변동이 있는 경우에 대하여 시간에 따라 원관 주위에서 와류 분포와 온도 분포 변화를 비교 분석하였다. 또한, 양력과 항력의 시간 변화와 PSD(power spectral density)를 분석하여 유동의 주파수 특성을 규명하였다. 일정 입구 유속의 경우는 잘 알려진 칼만 와류 분포를 보여 주었으며 원관의 상하에서 교대로 와류가 발생하는 것을 관찰할 수 있었다. 주기적인 입구 유속 변동의 경우는 원관의 상하에서 동시에 와류가 발생하는 것을 관찰할 수 있었다. 두 가지 모두 시간에 따른 온도 분포 변화는 와류 분포 변화와 거의 유사하게 거동하는 것을 확인할 수 있었다. 일정 입구 유속의 경우의 와류 유동 주파수는 31.15 Hz 이며 주기적인 입구 유속의 경우는 와류 유동 주파수는 입구 유속의 주파수와 동일하게 15.57 Hz으로 나타났다. 원관 표면 평균 누셀수는 일정 입구 유속의 경우는 99.6이며 주기적인 입구 유속 변동의 경우는 110.7로 나타나서 주기적인 입구 속도 변동의 경우가 열전달이 11.1% 증가하는 것을 알 수 있었다.