The rack cylinder is an important part of the pile leg structure of the jack up platform. Because of its complex structure, the flow field around the rack cylinder is different from that around the ordinary cylinder, which brings difficulties to the research of the rack cylinder. In this paper, using CFD(Computational Fluid Dynamics) solved the flow field of chords with different rack height and rack width under different KC and Re, the characteristics of the flow field around the cylinder with rack are obtained. The results show that Re, KC, rack height and rack width all have different effects on the flow field. When Re and KC are constant, Cd will increase with the increase of rack height ratio, the change of Cd and Cl is not significant, while the change of Cd and Cl varies with Re when the chord structure is fixed.

본 논문에서는 건물, 교량 및 해양구조물에 많이 적용되는 기본적인 형상인 벽면에 부착되어 있는 사각실린더 주변의 유동에 대해, 3개의 난류모델(v2-f 모델, k-ω 모델, k-ε 모델)을 적용하여 URANS 수치해석을 각각 수행하고, 그 결과를 비교하였다. 이 유동 은 물체의 모서리에서 발생하는 칼만와(karman vortex) 때문에 본질적으로 강한 비정상성을 가지고 있으며, 물체의 후류 영역에서도 매우 복잡한 유동구조를 가지고 있다고 알려져 있다. 3개의 난류모델이 적용된 수치해석으로부터 예측되는 평균 유동장과 지배적인 유동 의 주파수를 Wang et al.(2004; 2006)의 실험결과와 비교하였다. 비교 결과, v2-f 모델이 적용된 URANS 결과가 실험결과와 가장 유사한 결과를 보여주었고, k-ω 모델도 우수한 결과를 보인 반면, k-ε 모델은 본 대상 유동에 적용하기에 부족함을 확인하였다. 따라서 강한 박리가 존재하는 유동의 해석 시에는 v2-f 모델은 좋은 선택이다. 그리고 유동의 박리 제어를 위한 연구에 활용될 것으로 기대된다.

An AVL research engine, type 520, is modified to adapt to the 3.5L four-valve SI engine. With these given engine configurations, a test rig is constructed which allows easy changing of the different pistons and engine heads with a motoring capacity up to 3500 rpm. Nearly complete optical access to the inside of the cylinder is obtained by installing a transparent quartz cylinder on an AVL single cylinder engine. To avoid lubrication and to minimize scratches in the quartz cylinder the piston rings are made of Rulon-LD. With this experimental engine, researches for the in-cylinder flow characteristics by changing the induction system have been carried out using the laser based flow diagnostic techniques. In accordance with the previous result, it is evident that larger sized particles would be required in order to observe the flow characteristics of interest. The flow visualization taken with microballoon particles shows significant improvement. This provide detailed information.

The effects of intake system on turbulent kinetic energy for the in-cylinder flow of a four-valve SI engine were studied. For this study, the same head, cylinder, and the piston were used to examine turbulence characteristics in two different intake systems. In-cylinder flow measurements were conducted using three dimensional LDV system. The measurement method, which simultaneously collects 3-D velocity data, allowed a evaluation of turbulent kinetic energy inside a cylinder. High levels of turbulent kinetic energy were found in regions of high shear flow, attributed to the collisions of intake flows. These specific results support the more general conclusion that the slightly offset direction of the intake system produced higher in-cylinder velocities on the +x-axis side of the cylinder which caused some asymmetric flow patterns about the z-axis. Higher levels of turbulent kinetic energy prevailed in zones of mean velocity collisions and regions where significant directional changes in the mean velocity patterns occurred.

In-cylinder flows in a motored 3.5L four-valve SI engine are investigated quantitatively using three-dimensional LDV system to determine how intake system affects the flow field. For this study, the same engine head, cylinder, and piston are used. The purpose of this work is to develop quantitative methods which correlate in-cylinder flows to engine performance. The LDV results reveal that collision regions and zones around vortices can be traced as the origins of turbulent kinetic energy. High levels of turbulent kinetic energy are found in regions of high shear flow, attributed to the collisions of intake flows. These specific results support the more general conclusion that the inlet conditions play the dominant role in the generation of the turbulence fields during the intake stroke.

본 연구에서는 길이가 다른 장방형 실린더 사이에서 발생하는 제트류가 후류에 미치는 영향을 알아보기 위해 회류수조에서 PIV기법을 사용하여 실험을 실시하였다. 장방형 실린더의 높이(h)와 실린더 사이의 간격(gap)은 10mm이며 폭(B)은 300mm로 하였다. 유동방향의 모델의 길이(L)는 30mm, 60mm, 90mm 및 120mm를 각각 적용하였으며, 모델의 높이(H=30mm)를 기준으로 길이의 비가 1, 2, 3,및 4이다. 유입유동은 조류의 수심에 따른 차이를 감안하여 모델의 높이(H)를 기준으로 Re=1.4×104, Re=2.0×104, Re=2.9×104를 각각 적용하였으며. 유동계측을 위한 영역은 실린더 후방으로 모델 높이의 5배까지 설정하였다. 실험결과 유속이 증가함에 따라 와의 크기가 후류영역으로 증가하며, 근접 후류에서는 장방형 구조물일수록 관통류의 속도성분이 증가하는 특성을 나타냈다. 또한 후류로 갈수록 속도결손은 유입유동이 증가할수록 종횡비가 작은 경우에 크게 나타났다.

교량단면 등에 이용되는 날카로운 모서리를 갖는 형상 주위의 유동은 기존의 전산 유체 해석에 있어서 격자 생성이나 수치적 안정성 측면에서 매우 어려운 문제를 제기한다. 최근 많이 적용되고 있는 직교격자 기반의 가상경계법도 물체면에서 점착조건을 위해 운동량 보정을 물체 내부에 적용하는 외삽법을 이용하는데, 삼각형 단면과 같은 날카로운 모서리를 갖는 형상 주위 유동 해석에 있어 수치적 불안정성을 나타낸다. 이에 본 논문에서는 보정량이 유체 내에 작용하는 내삽법을 날카로운 모서리 형상 주위의 유동해석에 적용하였다. 개발된 방법을 이용하여 정삼각형 단면 주위의 비정상, 비압축성의 2차원 층류 유동을 해석하였으며, Re=100~250의 유동에 대해 기존의 연구 결과와 비교를 통해 검증하였다. Re가 250의 유동장에 대해 다양한 변장비의 이등변삼각형 형상 주위의 해석 결과 변장비 증가에 따른 항력감소와 양력 변동량의 증가를 나타내었으며, 특히 풍상측이 수직인 경우 변장비 증가는 박리 유동의 재부착과 장주기의 와흘림으로 인한 저주파 대진폭의 양력 변동이 나타남을 알 수 있다.

Numerical solutions are presented for compressible fluid flow past a rotating elliptic cylinder in a medium at rest at infinity. Flowfields and acoustic waves emitted from rotating elliptic cylinder are directly simulated by the Lattice boltzmann method formulated by the Arbitrary lagrangian eulerian scheme. The flowfield is almost periodic after the calculation fully developed and studied by means of streamlines and equi-vorticity lines and by means of drag, lift and moment coefficients. The positive and negative vorticity is alternately occurred at the edge by those large vortexes. The acoustic waves propagate synchronizing with the rotation and increase with M3.5 of rotational speed of elliptic cylinder.

전단류 조건에서 비정상공기력 및 플러터계수를 분석한 결과 첫째, 연직으로 진동하는 구조물의 경우, 전단계수가 증가함에 따라 항력의 진폭은 증가하고, 양력은 아랫방향으로 피칭모멘트는 반시계 방향으로 증가하는 경향을 보인다. 둘째, 회전 진동하는 구조물의 경우, 전단계수가 증가함에 따라 항력은 일정한 진폭의 조화진동이 점차 진폭이 큰 주진동과 진폭이 작은 부진동으로 분리되는 현상을 보인다. 셋째, 전단류가 양력 및 피칭모멘트와 같은 동적공기력의 진폭 및 위상에는 큰 영향을 미치지 않기 때문 에 전단류가 플러터계수에 미치는 영향은 미미한 것으로 분석되었다.

무딘 모양 물체의 대표적 형상인 정사각주의 후류에서의 와류 형성 분석을 위한 스트롤수 측정 실험에서 실험 방법 및 결과의 신뢰성 확보를 위하여 실험계획법과 불확실성 해석을 수행하였다. 스트롤수는 정사각주와 지면과의 간극을 변화시키면서 열선유속계를 사용하여 측정하였다. 정사각주가 지면과 충분히 떨어져 있다면, 후류의 어느 곳에서 스트롤수를 측정하더라도 신뢰할 수 있다. 그러나 정사각주가 지면과 가까워지면 와류가 부분적으로 약하게 형성되기 때문에 스트롤수는 후류의 일정한 영역에서만 측정할 수 있으며, 신뢰할 수 있는 값을 얻기가 쉽지 않다. 이에 요인배치법과 분산분석을 이용하여 5% 유의수준에서 신뢰할 수 있는 스트롤수 측정 구역을 확보하였다. 마지막으로 불확실성 해석을 실시하여 실험 환경 및 계측 장비로부터의 오차 요인을 분석하였으며 스트롤수에 대한 95% 신뢰구간을 구하였다.

본 연구에서는 현재 일반가정이나 영업소에서 사용중인 액화석유가스 용기용밸브의 문제점을 제시하고, L.P 가스사고를 예방할 수 있는 LPG용 과류밸브의 과류차단장치를 개발제작함에 있어 고압가스 안전관리기준 통합고시 제12장 4절 과류차단형 액화석유가스 용기용밸브에서 규정한 과류차단 성능시험을 실시하는데 필요한 여러 가지 변수를 선정하여 차단장치의 형상에 따른 최적의 차단 유량 범위를 찾고자 실험을 실시하였으며, 보다 궁극적으로는 일반 용기용밸브가 가진 문제점을 조속히 해결하고 진정한 의미의 안전밸브를 개발하는데 목적이 있다.

원형실린더가 균일한 유입유동에서 자유수면 으로부터 깊이를 달리했을 경우 박리점, 경계층 및 칼만 와열의 주기 등의 변화로 인하여 시스템 전체 에너지에 변화를 초래한다. 본 연구에서는 원형실린더의 침수 깊이를 변화시키며 Re=1.0×103에서 유동장을 계측하였다. 2차원 그레이 레벨 상호상관 PIV기법을 이용하여 원형실린더 주위의 유동특성을 알아보기 위하여 상호 비교하는 방법을 적용하였다. 자유수면의 점성과 마찰에 의해 발생하는 원형실린더 주변유동은 경계층을 변화시키고 후류유동에 교란을 일으킨다. 특히, 몰수체의 깊이가 d=1.0D의 경우에 있어서 경계층의 변화가 후류로 길게 형성되었다. 원형실린더의 깊이가 d=1.5D에서부터 자유수면의 영향이 감소하고 칼만 와열이 발달하였다.

원형실린더에 크기가 다른 제어봉을 부착하여 2차원 단면 유통특성에 대해서 시간평균유동장을 계측하여 근접후류 제어에 관하여 PIV기법을 적용하여 연구를 수행하였다. 모델시험은 각각 크기가 다른 제어봉을 적용하였으며(d/D=0.1~d/D=0.5) 레이놀즈수는 원형실린더의 직경을 기준으로 Re=15,000으로 적용하였다. 유동장의 속도분포론 획득하기 위해 2프레임 상호상관법을 이용하였다. 실험에 적용된 원형실린더(D=50mm)에 제어봉을 부착한 결과를 상호 비교함으로서 시간평균속도분포와 제어봉에 의한 유동제어 효과를 알 수 있었다.

As a circular cylinder has a comparatively simple shape and becomes a basic problem for flows around other various shapes of bodies, the problem of two-dimensional viscous flow around the circular cylinder has been investigated, both theoretically and experimentally. But not a few problems are left unsolved. It is well known that the calculations are successfully made with the approximations of Stokes or Oseen for very low Reynolds numbers, but as Reynolds number is increased, Oseen's approximations as well as Stokes's ones become more and more remote from the exact solution of the Navier-Stokes equations. Therefore, in this paper, the authors transform the Navier-Stokes equations into the finite difference equations in the steady two-dimensional viscous flow at Reynolds number up to 45, and then solve the solution of the Navier-Stokes equations numerically. Also, the authors examine the accuracy of the solution by means of flow visualization with aluminum powder. The main results are as follows; (1) The critical Reynolds number at which twin vortices begin to form in the rear of the circular cylinder is found to be 6 in the experiment and 4 in the numerical solution. (2) As Reynolds number is increased, it is proved that the ratio of the length of the twin vortices to the diameter is grown almost linearly, both experimentally and numerically. (3) Separation angle is also increased according to reynolds number. But it is found that it would converge into 101.3 degrees, both experimentally and numerically.