본 연구는 거친 표면에서의 유동장 특성에 대해 실험 및 수치해석적 연구를 수행하였다. 완전 발달한 두꺼운 난류경계층은 풍동 내 바닥에 깔린 거친 표면을 이용하여 생성하였다. 평균유동과 난류강도 및 왜도와 같은 난류경계층의 특성을 열선유속계를 이용해 측정하였다. 풍동실험결과와의 비교를 위해 난류경계층은 수치해석을 이용하여 모사하였다. 거친 벽표면은 기본적으로 난류경계층 생성에 사용되었으며 입출구면에는 주기경계조건이 적용되었다. 본 연구결과로서 난류경계층이 거친 표면 위에서 성공적으로 생성 되었으며 평균유동과 난류강도 및 왜도와 같은 난류경계층의 특성은 지표면조도에 따라 달라진다는 것을 확인하였다.

최근 대기환경 및 난류해석분야에 관심을 받고 있는 대와류모사(LES)는 그 적용분야도 다양하다. 특히 LES를 이용한 난류 유동장 해석 시, 실제와 유사한 난류의 특성을 지니고 있는 입구조건을 부여하면 해석 도메인 내에서 실제 난류를 보다 빠르게 생성시 킬 수 있다. 본 연구에서는 LES를 이용한 해석으로 난류경계층을 수치해석 도메인 내에 빠르게 생성시킬 수 있도록 하기 위해 입구 조건으로 기존에 많이 적용하는 방법 중 하나인 합성법(synthesis method)이 이용되었고, 수치해석 도메인 내에 만들어진 난류특성들을 기존의 연구결과들과 비교하였다. 입구에 유입되는 몇몇 유동특성들은 기존의 연구결과와 동일한 값을 입력할 수 있으나 유동방향의 길이크기는 쉽지 않다. 그로인해 기존의 연구결과들과 비교하였을 때, 채널 내에서 발달한 난류특성들은 약간의 차이를 나타내지만 유입데이터와 큰 차이는 나타나지 않았다. 또한, 본 합성법을 통한 난류 입구유동의 길이크기에 따른 응답특성을 확인하기 위하여, 폭방 향으로 다양한 길이스케일 변화를 주어 그 특성을 확인하였다. 그 결과, 폭방향의 길이스케일이 커질수록 벽면의 전단응력의 회복이 빨라졌으며, 이는 난류경계층의 발달이 빨라지는 것을 의미한다.

본 연구는 두꺼운 난류경계층 내에 놓인 구조물의 높이와 방위각이 달라짐에 따라서 나타나는 구조물 주위의 유동특성을 파악하고자 하였다. 구조물 주위의 유동특성을 파악하기 위해 대기경계층 풍동실험을 수행하었다. 구조물의 높이는 3가지로 변화시켰으며, 방위각은 0∼90°까지 변화시켰다. 풍동실험의 레이놀즈수는 각 구조물 높이에 따라 다르게 나타나며 각각의 레이놀즈수는 10.4×104(H1), 29.4×104(H2), 43.2×104(H3) 이다. 연구결과로서 높이와 방위각이 변화함에 따라 모서리에서 발생하는 박리현상이 변화하고 이는 구조물의 표면압력과 섭동압력에 상당한 영향을 끼치는 것을 확인할 수 있었다.

본 논문은 난류경계층에 놓인 2차원 및 3차원 트렌치 공동 주위에서 나타나는 유동 및 표면압력 변동특성에 관한 연구이다. RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 기법을 적용하여 공동 주위 난류 유동을 2차원 및 3차원 격자를 구성하여 수치적으로 모사하였다. 여기서 사용된 난류모델은 RANS 2-방정식 난류모델로 표준 k-ε모델과 k-ω SST 모델이 사용되었으며, 적용된 모델링의 차이에 따른 트렌치 공동 주위의 유동 및 표면의 압력특성을 알아보았다 . 적용된 난류모델이 타당한 해를 가지기 위해서 공동의 벽면에 격자를 밀집시켜 격자의존성에 의한 영향을 최소화 하였다. 트렌치 공동유동의 특성을 일반화하기위해 사용된 레이놀즈수는 특성길이와 유동장의 자유흐름속도를 기준으로 하였으며, 그 크기는 1.6×104이다. 본 연구의 최종 목적은 2가지의 난류모델에 의한 영향과 2차원 및 3차원 트렌치 공동내부의 표면압력 결과를 통해 공동 주위 유동 특징을 파악하고자 하였다.

본 연구는 전산유체역학을 이용하여 균질한 중립 상태에 있는 대기층에서 발생되는 바람의 특성을 재현하는 것이다. 이를 판단하기 위하여 표준 k-ε난류모델을 이용하여 해석 영역을 통과하는 기류가 입력한 특성으로부터 어떻게 변화되는지 살펴본다. 네 가지 지표조도에서 정의된 KBC-2009 기준의 멱지수 형식인 평균 풍속과 회귀 분석으로 결정한 자연로그 형식의 평균 풍속을 적용하였다. 기준을 이용한 난류 운동에너지 k 및 소산률 ε을 표준 모델로부터 유도한 근사해를 이용하여 풍속과 상응하게 입력하였다. 표준 k-ε 난류모델에서 3개의 상수와 지표 경계조건 등을 지표조도에 따라 변화시켰다. 제안된 두 형식으로부터 큰 차이 없이 기준의 기류 특성들은 CFD에서 적절히 재현되었다. 로그 형식의 입력이 멱지수 형식에 비교하여 입력 성질이 약간 더 효과적으로 유지되었다. 부드러운 지표조도일수록 기류의 특성이 효과적으로 재현되었다. 지표 경계에 접한 첫 번째 유체요소 안에 적절한 지표조도를 반영한 경계조건이 필수적이었다.

난류 경계층 유동과 물체주위의 상관유동 및 그 물체 주위에서의 부압 생성과 관련, 그 유동특성에 대한 이해를 높이기 위하여 두꺼운 난류 경계층 내에 놓인 큐브물체 주위의 박리유동에 대해 연구를 수행하였다. 2차원의 PIV와 열선유속계를 이용하여 풍동 내에서 두꺼운 경계층을 생성시키는 실험이 수행되었다. 실험은 큐브의 높이 h에서 측정된 유속 U에 근거한 레이놀즈 수 18,600에서부터 349,000 의 범위에서 수행되었으며, 이 레이놀즈 수의 범위는 평균유동이 레이놀즈 수와 관계없이 충분히 크다고 판단된다. 본 연구에서 큐브의 선단주위와 상부에서의 유동장 측정결과들을 제시할 것이다. 연구결론으로 레이놀즈 효과는 평균표면압력이라든지 표면근처의 평균유속과 같은 평균유동특성에 별 영향을 미치지 않았지만, 섭동장은 큰 영향을 나타내고 있었다.

In this paper, the wind tunnel test was carried to investigate the behavior of buffer layer in turbulent boundary layer with variation of surface temperature and roughness. The results were as follows; 1. The velocity in turbulent boundary layer was increased when the roughness height within viscous sublayer thickness was increased. 2. When the surface temperature was increased, the density of air was decreased and the velocity in turbulent boundary layer was increased. Thus, the thickness of turbulent boundary layer was decreased. 3. When the roughness height and surface temperature was increased simultaneously, the thickness of turbulent boundary layer was decreased. 4. The decrement of the thickness of turbulent boundary layer was more effected by the increment of the roughness height rather than the increment of surface temperature. 5. In this study, it was found that the condition of the highest velocity n turbulent boundary layer was the temperature 333K and roughness #100.

이상의 결과를 정리하면 다음과 같이 요약할 수 있다. (1)Karman의 적분 방정식에 미소 거칠기 영향을 고려함으로서 디퓨져 닥트 표면의 경계층 계산에 응용한 결과 모멘트 적분법 및 실험치와의 비교에서 개선된 결과임이 확인되었다. (2) 국소 거칠기의 효과를 주는 방법으로는 Cole의 벽 및 와 법칙에 Clauser의 거칠기 함수와, 압력 기울기를 고려한 부가 형상계수 값으로 적분 방정식에 응용할 수 있다. (3) 국소 거칠기 분포에 의하여 경계층 특성을 교란시켜 표면 마찰력 계수를 줄일 수 있어 마찰력 손실을 줄일 수 있는 방안이 제시되었다.

본 연구는 난류현상의 모형화를 위해 널리 이용되는 k-과 k- 난류모형을 비교하는 것이 목적으로, 횡방향 흐름이 무시될 수 있는 U-튜브 모양의 터널형 수로 내 높은 레이놀즈수를 가진 진동 경계층 흐름에 두 난류해석방법을 적용하였다. 난류모형의 적용은 1차원 연직 모형을 통해 이루어지며, 수치 모의 결과, 유속의 분포와 난류운동에너지 (turbulent kinetic energy) 모두에서 두 모형이 매우 유사한 결과를 나타낸다. 이를 통하여, 횡방향

This paper investigates the characteristics of turbulence schemes. Turbulence closures are fundamental for modeling the atmospheric diffusion, transport and dispersion in the boundary layer. In particular, in non-homogeneous conditions, a proper description of turbulent transport in planetary boundary layer is fundamental aspect. This study is based on the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) and combines four different turbulence schemes to assess if the different schemes have a impact on simulation results of vertical profiles. Two of these schemes are Isotropc Deformation scheme (I.Def) and Anisotropic deformation scheme (A.Def) that are simple local scheme based on Smagorinsky scheme. The other two are Mellor-Yamada scheme (MY2.5) and Deardorff TKE scheme (D.TKE) that are more complex non-local schemes that include a prognostic equation for turbulence kinetic energy. The simulated potential temperature, wind speed and mixing ratio are compared against radiosonde observations from the study region. MY2.5 shows consistently reasonable vertical profile and closet to observation. D.TKE shows good results under relatively strong synoptic condition especially, mixing ratio simulation. Validation results show that all schemes consistently underestimated wind speed and mixing ratio but, potential temperature was somewhat overestimated.