주요 연구 성과

주요 연구 성과

  • 이상봉 교수님 연구실, 직접 수치 모사 기법을 이용한 초음속 압축 램프의 난류 증폭 메커니즘 연구
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  • 2024-07-01 10:27:26|
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충격파-난류 경계층 상호작용(Shock-wave/Turbulent Boundary Layer Interaction, STBLI)은 충격파가 난류 경계층 내부로 침투하여 경계층 내부에 유동 박리를 일으키는 현상으로, 다양한 천음속 및 극초음속 상황에서 발생하며 기체에 악영향을 미친다. STBLI는 외부 유동 상황에서 열역학적 표면 하중 증가, 기체 제어 능력 저하 및 구조적 공진을 유발할 수 있으며, 내부 유동 상황에서 엔진 내부 압력 저하 및 엔진의 비시동을 유발할 수 있다. 이에 따라 STBLI에 대한 연구가 2000년대 이후로 수행되고 있으나, STBLI의 동적 거동의 원인 및 분리 흐름 유지 메커니즘은 아직 초음속 유동 분야의 난제로 남아있는 상황이다.





최근 강유주 박사과정과 이상봉 교수는 직접 수치 모사를 통해 초음속 압축 램프 상황에서 STBLI로 인해 나타나는 난류 증폭 메커니즘에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구는 자체 개발 고정밀도 in-house solver에 기반한 직접 수치 모사(Direct Numerical Simulation) 기법을 통해 수행되었으며, 약 3억 7천개의 격자가 해석에 사용되었다. 해석 결과는 선행된 연구의 직접 수치 모사 결과 및 실험 결과를 통해 검증되었으며, 본 연구의 해석 기법이 정확성과 효율성 측면에서 선행 연구의 직접 수치 모사 기법보다 개선되었음을 확인하였다. 해석 결과, STBLI에서 발생하는 2차 난류 증폭이 경계층 가장자리의 bulge structure로부터 발생된 shocklet cluster에 기인함을 확인하였으며, 중주파 특성을 보이는 shocklet 영역과 2차 난류 증폭 간의 관계를 규명하였다. 관련 논문은 2024년도 Physics of Fluids (PoF) 저널의 36호에 게재되었으며, Physics of Fluids 2024년 1월호의 Editor’s Pick으로 선정되었다. PoF 저널은 유동 분야 전반으로 다양한 연구에 대한 심도 깊은 연구가 게재되는 학술지이며, 유체역학 분야의 최상위 (JCR 상위 5% 이내) 국제 학술지이다. (https://doi.org/10.1063/5.0180077)
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