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주요 연구 성과

이상봉 교수 연구팀, 회전된 불규칙 도시 건물군의 난류 유동 메커니즘 규명

관리자 |
2026-07-24 17:38:23|
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KAIST 항공우주공학과 이상봉 교수 연구팀에서 수행한 ‘Large-eddy simulation of turbulent flow and coherent structures over rotated random-height building arrays’ 연구가 유체역학 분야 세계적 권위의 국제학술지 Physics of Fluids(JCR 상위 약 6%, Q1)에 게재되었다.
도시 내 건물은 높이와 배치가 일정하지 않고 풍향 또한 지속적으로 변화한다. 이러한 복잡한 유동은 도시 환기와 대기오염 확산뿐 아니라 도심항공교통(UAM)의 비행 안전성에도 중요한 영향을 미친다. 그러나 기존 연구는 대부분 이상적인 건물 배열을 대상으로 수행되어, 건물 높이의 불균일성과 건물 배열의 회전이 난류 구조와 후류 발달에 미치는 복합적인 영향은 충분히 밝혀지지 않았다.
김해찬 석사과정과 이상봉 교수는 대와류모사(Large-Eddy Simulation, LES)를 이용해 다양한 높이를 갖는 도시 건물군을 0

, 15

, 30

, 45

로 회전시킨 총 16개의 유동장을 분석하였다. 특히 동일한 건물 높이 배열을 유지한 4

4 회전-높이 매트릭스를 구축하여, 기존에는 구분하기 어려웠던 건물 배열의 회전에 따른 투영 차폐(projected blockage) 효과와 건물 높이 배열이 국부 후류에 미치는 영향을 체계적으로 구분해 분석하였다. 연구 결과, 건물 배열의 회전은 도시 규모의 난류 운동에너지(Turbulent Kinetic Energy, TKE)를 지속적으로 증가시키는 반면, 일부 후류 결손 및 회복 관련 지표는 회전각이 30

에서 45

로 증가하는 구간에서 감소하거나 포화되는 경향을 보였다. 또한 투영 차폐 효과의 선형 추세를 보정한 비교 프레임워크를 제시하여, 난류 운동에너지의 증가가 횡방향 난류 운동량 수송(spanwise turbulent momentum transport)과 밀접하게 연관되어 있음을 확인하였다.
본 연구는 건물 배열 회전에 따른 배열 규모의 유동 변화와 건물 높이 불균일성에 따른 국부 후류 변화를 하나의 해석 프레임워크에서 체계적으로 분석함으로써 도시 난류 메커니즘에 대한 이해를 확장하였다. 이러한 연구 결과는 향후 도심항공교통(UAM)을 위한 저고도 도시 유동 예측, 도시 풍환경 및 환기 설계, 대기오염 확산 해석 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.

https://doi.org/10.1063/5.0338303

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