Modelling an equilibrium atmospheric boundary layer (ABL) in computational wind engineering (CWE) and relevant areas requires the boundary conditions, the turbulence model and associated constants to be consistent with each other. Among them, the inflow boundary conditions play an important role and determine whether the equations of the turbulence model are satisfied in the whole domain. In this paper, the idea of modeling an equilibrium ABL through specifying proper inflow boundary conditions is extended to the SST $k-{\omega}$ model, which is regarded as a better RANS model for simulating the blunt body flow than the standard $k-{\varepsilon}$ model. Two new sets of inflow boundary conditions corresponding to different descriptions of the inflow velocity profiles, the logarithmic law and the power law respectively, are then theoretically proposed and numerically verified. A method of determining the undetermined constants and a set of parameter system are then given, which are suitable for the standard wind terrains defined in the wind load code. Finally, the full inflow boundary condition equations considering the scale effect are presented for the purpose of general use.
海洋 亂流境界層內 亂流運動量輸送의 斷續性 現象에 對하여 그 本質을 把握 하고 流體力學的 인 의미를 규명하기 위한 영구를 기원했다.또한 단속성 현상과 작비현상의 상호관계도 아울러 연구했다. 본 연구를 통해 난류경계층내에서도 중간층에 속하는 z/h=0.067층에서는 단속성의 크기가 평균난류운동량 수송의 408배의 달하고 상부층 즉 z/h=0.1층에서는 270배에 달함이 밝혀져,이제까지 보고되었던 Gordon(1974)이나 Heathersaw(1974)의 30배의 월등히 크다는 것이 새로운 사실이다. 일부 학자들은 단속성현상을 자기현상의 반영 또는 자기의 유통계의 부딪혀 나타나는 현상이라고 해석한바 있으나 (Gordon,1974; Heathersaw,1974),본 연구에서 밝혀진바에 의하면,이는 마찰 Reynolds 수가>$10^{5}$인 실제해양의 난류경계층내 난류운동의 특징이라는 사실이다.
In this paper, a numerical method for singular perturbation problems arising in chemical reactor theory for general singularly perturbed two point boundary value problems with boundary layer at one end(left or right) of the underlying interval is presented. The original second order differential equation is replaced by an approximate first order differential equation with a small deviating argument. By using the trapezoidal formula we obtain a three term recurrence relation, which is solved using Thomas Algorithm. To demonstrate the applicability of the method, we have solved four linear (two left and two right end boundary layer) and one nonlinear problems. From the results, it is observed that the present method approximates the exact or the asymptotic expansion solution very well.
Turbulent boundary layer pressure fluctuation exerted on the surface of a structure can give rise to a elastic stress wave on the surface of the structure. The stress wave so called surface wave, will not only propagate along the surface of structure but also penerate into the structure. To reduce the transmission of stress wave into the structure the elastomer layer is usually attactched on the surface of structure. The transfer function, which is defined herein as the ratio of stress waves at the surface and bottom of the elastomer layer, is derved by use of the cylindrical coordinates system. The elastodynamics of the elastomer layer subjected to the turbulent boundary layer pressure fluctuation is represented by the simplified one degree-of-freedom model for easy prediction of the stress wave transmission as well as efficient design of the elastomer layer.
In this study, we consider a heat equation with a variable-coefficient linear forcing term and a time-periodic boundary condition. Under some decay and smoothness assumptions on the coefficient, we establish the existence and uniqueness of a time-periodic solution satisfying the boundary condition. Furthermore, possible connections to the closed boundary layer equations were discussed. The difficulty with a perturbed leading order coefficient is demonstrated by a simple example.
본 연구에서는 축 대칭 원뿔 형상 위의 압축성 경계층의 천이 지점을 선형 안정성 이론과 -method를 이용하여 예측하였다. 축 대칭 좌표계에서의 압축성 유동 지배 방정식으로부터 압축성 원뿔 경계층의 선형 안정성 방정식을 얻었으며 안정성 방정식을 2차 정확도의 유한 차분법을 이용하여 계산하는 수치 프로그램을 개발하였다. 개발 된 코드로 원뿔 경계층의 안정성 특성 및 2차원 교란의 증폭률을 계산하고 실험결과와의 비교를 통해 검증을 수행하였다. 얻어진 교란의 증폭률을 활용하여 -method를 통해 천이지점 예측을 수행하였다. 풍동 시험 및 비행 시험 결과와의 비교를 통해 비행 조건에 있는 마하수 4와 8사이의 원뿔 경계층에 대한 본 연구의 천이지점의 예측 능력을 확인하였다. 또한 벽면 냉각이 경계층 내부 교란의 안정성 및 천이 지점에 미치는 영향을 분석하였다.
본 연구에서는 등온 벽에서 가까이에 위치한 유동과 같이 온도 구배가 큰 곳에서 발생하는 전도오차를 줄이기 위해 새로운 열전대의 형상 설계 및 제작 방법을 제안하고자 한다. 전도오차를 줄이기 위하여 지름이 $79.9{\mu}m$인 열전대를 이용했으며, 아크 용접을 통해 제작된 상대적으로 접점이 큰 일반 열전대와 다른 butt-welded 열전대를 제작하기 위하여 용접용 5 축 장비가 고안됐다. 열전대의 단면을 맞닿게 하여 용접해 접합부위 크기를 최소화 했다. 온도 보정 실험을 통하여, 일반적인 형상의 열전대와 이 연구에서 제안하는 열전대의 온도 측정 결과가 동일함을 알 수 있었다. 접합부가 $79.9{\mu}m$ 지름을 가지는 butt-welded 열전대를 온도 경계층에 침투시켜서 전도에 의한 오차를 최소화하여 급격히 변하는 온도 경계층의 온도를 효과적으로 측정할 수 있게 되었다. 개발된 센서를 이용하여 선형 터빈 날개가 장착된 풍동에서 온도 경계층을 측정하였고, 측정된 결과를 Nusselt 수로 나타내었다.
Thickness of damping layer in sandwich plate needs to be optimized in order to make modal loss factor of the sandwich plate maximum. Since previous studies were interested in noise reductions over high frequency range, the modal properties were derived based on simply supported boundaries. This conventional formula is approximately applicable to other boundary conditions over high frequency range only. The purpose of this study is to propose a method to determine optimum damping layer thickness of sandwich plate for maximum modal damping in low frequency range when the boundary condition is not a simple support. The conventional RKU equation based on simply supported boundary is modified to reflect other boundary conditions and the modified RKU equation is subsequently applied to determine the optimum damping layer thickness for arbitrary conditions. In order to reflect frequency-dependent characteristics of elastic modulus of the damping layer, an iteration method is proposed in determining the modal properties. Test results on sandwich plates for optimum damping layer thickness are compared with predictions by the proposed method and conventional method.
A Navier-Stokes code with a modified low Reynolds number k-.epsilon. turbulence model was used to study the unsteady transitional boundary layer flow due to rotor-stator interaction. The modification, proposed by Launder, to improve prediction of stagnation flows was incorporated to the low Reynolds number k-.epsilon. turbulence model by Fan-Lakshminarayana-Barnett. Numerical solution is shown to capture well the calmed laminar flow as well as the wake induced transitional strip due to rotor-stator interaction and shows improvement, in terms of onset of transition and its length, over previous Euler/boundary layer solution. The turbulent kinetic energy shows local maximum along the upstream rotor wake in the wake induced transitional strip and this characteristics is observed untill the end of transition. The wake induced strip also shown apparent even in the laminar sublayer as the upstream rotor wake penetrates inside the boundary layer.
본 논문에서는 유한요소법을 2차원 난류경계층에 적용하였으며, 점성유체의 시간의존 비압축성 운동을 시간과 압력장(場)에서 Navier-Stokes방정식과 vorticity방정식을 이용하여 정식 화하였다. 수치계산방법은 Galerkin방법에 기초하였으며, 난류 경계층의 eddy kinematic viscosity에 대해서는 Prandtl의 혼합거리이론을 도입하였다. 난류 경계층에서 파동에 의한 임의 저면에서 저질의 이동을 수치계산하였다. 유한 요소법에 의해 얻어진 결과는 진동흐름에 의한 경계층과 파동에 의한 경계층에서의 특성의 차이를 분명히 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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