주요 연구 성과

주요 연구 성과

  • 이상봉 교수님 연구실, 진행파 결합 벽면 진동을 통한 난류 경계층 압력 변동·마찰 저항 동시 저감 메커니즘 규명
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  • 2026-05-04 20:58:13|
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    난류 경계층에서 발생하는 벽면 압력 변동과 표면 마찰 저항은 공력 소음, 구조 진동, 에너지 손실을 유발하는 주요 원인이다. 본 연구는 고 Reynolds 수의 영압력구배 난류 경계층을 대상으로, 근벽 난류 구조를 능동적으로 제어하여 압력 변동과 마찰 저항을 동시에 줄일 수 있는 유동 제어 메커니즘을 규명하였다.

    주 저자인 이동현 석사와 이상봉 교수는 고해상도 직접수치모사(DNS)를 수행하여 비제어 조건과 함께 균일 분사(blowing), 균일 흡입(suction), 횡방향 벽면 진동(spanwise wall oscillation, SWO), 유동방향 진행파가 결합된 벽면 진동(streamwise-traveling wave with wall oscillation, STWO)을 비교 분석하였다. 특히 와도, 엔스트로피, 벽면 압력 변동, 전가중 에너지 스펙트럼 및 벽면 압력–유동방향 와도 상관성을 통해 각 제어 기법이 근벽 와류 구조에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다.

    연구 결과, 균일 분사는 마찰계수를 약 25% 낮췄으나 벽면 압력 변동 스펙트럼의 최대 에너지를 약 19% 증가시켰다. 반대로 균일 흡입은 압력 변동 에너지를 약 20–25% 줄였지만, 마찰계수를 최대 34% 증가시키는 상반된 특성을 보였다. 반면 SWO와 STWO는 마찰 저항과 벽면 압력 변동을 동시에 저감하였으며, 특히 STWO는 마찰계수를 약 33% 낮추고 10 & y⁺ & 100 영역에서 벽면 압력 변동 에너지를 약 40% 감소시켜 가장 우수한 성능을 보였다.

    본 연구는 이러한 저감 효과가 준유동방향 와류와 저속 streak 구조의 약화, spanwise enstrophy 감소, 그리고 벽면 압력 변동과 유동방향 와도 사이의 상관성 감소와 밀접하게 관련됨을 밝혔다. 이를 통해 STWO가 근벽 난류 재생 메커니즘을 효과적으로 교란하여 압력 변동과 마찰 저항을 동시에 억제할 수 있는 유망한 능동 유동 제어 전략임을 확인하였다.
본 연구는 유체역학 분야 국제학술지 Physics of Fluids에 2025년 9월 온라인 게재되었다.
https://doi.org/10.1063/5.0281564
 
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