아음속 유동에서 톱니 디플렉터가 공동 특성에 미치는 영향에 관한 수치해석적 연구

Abstract

유동체-공명음 공동의 진동(Fluid-resonant cavity oscillation) 중 헬렘홀츠 공진기와 공진기에 톱니 디플렉터가 부착되었을 때의 아음속 영역에서의 유동장과 유동 구조를 수치적으로 연구하였다. 헬렘홀츠 공진기는 입구 앞전에서 발생하는 하나의 와류가 주기적으로 진동하며 진행하는 메커니즘을 가지고 있다. 이 하나의 와류를 작은 와류들로 쪼개기 위해 올빼미 날개 형상에서 착안한 톱니 디플렉터를 새롭게 제안하였다. 수치적인 해석은 Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes와 순간적인 진동값을 얻기 위해 Large eddy simulation이 함께 사용되었다. 톱니 디플렉터가 부착되고 부착되지 않았을 때 공동의 입구에서 변화하는 유동 구조와 유동의 특성을 비교하였고 공동의 내부에서 외부로 유출입되는 유동의 유선을 통해 톱니 디플렉터가 헬렘홀츠 공진에 미치는 영향에 대해 비교하여 분석하였다. 결과적으로 톱니 디플렉터가 부착되었을 때 유동 구조를 변화시키고 디플렉터 방향에 따라 유동의 특성을 변화시켜 질량 흐름률을 감소시킴으로써 주기적 공진을 제거하였다.

This paper describes a numerical approach to investigate the flow-excited Helmholtz resonator with a serrated deflector. The Helmholtz resonator mechanism is known as a single vortex shedding for an oscillation period along the cavity orifice generated at the leading edge, creating a high noise level. Therefore, a new serrated deflector design based on owl wing feathers is suggested and it changes the flow properties along the deflector shape. Numerical analysis is performed using Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes and Large Eddy Simulation. Numerical results of flow properties are compared with and without the serrated deflector. Consequently, the periodic oscillation of mass flow is eliminated by changing the velocity distribution along the deflector.