주요 연구 성과

주요 연구 성과

  • 이상봉 교수님 연구실, 극한 난류 에너지 소산 사건에서 나타나는 tail-like 와류 구조 규명
  • 관리자 |
  • 2026-05-10 11:41:41|
  • 117
벽면 난류는 에너지 전달과 소산이 강하게 비선형적으로 결합된 대표적인 유동계로, 특히 극한 난류 운동에너지 소산 이벤트(extreme TKE dissipation events)는 전체 난류 소산에 지배적인 역할을 수행함에도 불구하고, 그 구조적 기원과 물리적 메커니즘은 충분히 규명되지 않았다. KAIST 항공우주공학과 이상봉 교수의 지도 아래, 이예담 박사는 직접수치모사(DNS)를 기반으로 Reτ = 180, 395, 640 조건의 채널 유동을 해석하고, 극한 소산 이벤트를 편향 없이 추출하기 위해 connected-component labeling과 시공간 추적 기법을 결합한 분석 프레임워크를 구축하였다. 또한 기존의 Q-criterion 대비 전단 오염을 제거하고 회전 방향성을 제공하는 Rortex 기반 와동 식별 기법을 적용하여, 극한 이벤트 주변의 정밀한 구조적 특성을 규명하였다. 연구 결과, 극한 난류 소산 이벤트와 함께 항상 동반되는 새로운 형태의 tail-like 와동 구조가 최초로 발견되었다. 해당 구조는 기존의 quasi-streamwise vortex와 연결되면서도 반대 방향으로 기울어진 독특한 형상을 가지며, 강한 sweep event(양의 유선 방향 속도 변동, 음의 벽면 법선 방향 변동)와 밀접하게 연관되는 것으로 나타났다. 또한 이 구조는 음의 spanwise 회전 성분이 지배적인 특징을 보이며, 난류 간헐성(intermittency) 상황에서 기존 난류 구조 모델을 확장하는 중요한 단서를 제공한다. 본 연구는 난류 내 극한 에너지 소산 현상의 구조적 기원을 규명함으로써, 기존의 평균 기반 난류 모델이 설명하지 못하는 간헐성과 다중 스케일 상호작용에 대한 새로운 물리적 해석 틀을 제시한다. 특히 tail-like 구조의 발견은 near-wall 난류 구조의 재정의를 요구하는 결과로, 향후 고정밀 난류 모델링, LES 서브그리드 모델 개선, 그리고 물리 기반 AI 모델 개발에 중요한 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.
본 연구는 유체역학 분야 Q1 최상위 국제학술지인 Physics of Fluids에 2026년 3월 온라인 게재되었다.
https://doi.org/10.1063/5.0320686
 
첨부파일