BFS 모델의 유동제어를 위한 유동장 스팩트럼 분석

이진익,이은석,전병을,이광섭 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

This paper deals with the spectrum analysis of vortex field within the framework of flow control of a backward facing step model. The density of flow is analyzed, in addition to the proper orthogonal decomposition approach, the frequency domain as well as time domain. We propose not only the bandwidth of flow field modeling but also the domain of the control input space for active flow control through the analysis of the flow separation region and its frequency. 본 논문에서는 유동제어 측면에서의 후향계단 유동장을 분석한다. 유동장의 밀도를 POD 기법외에 시간 영역과 주파수영역에서 분석한다. 유동의 박리영역과 박리 스팩트럼 분석을 통하여 유동장 모델링 영역 및 제어입력의 주파수와 크기에 대한 영역도 제시한다.

후향계단 유동장 저차 모델링을 위한 ARX 설계 기법

이진익(Jin-Ik Lee),이은석(Eun-Seok Lee) 한국항공우주학회 2012 韓國航空宇宙學會誌 Vol.40 No.10

본 논문에서는 후향계단(Backward Facing Step) 유동장의 유동운동에 대한 ARX(Auto Regressive eXogenous) 모델링 기법을 제시한다. BFS 유동장 모델링을 위해 밀도를 모드분석을 통해 고유 공간모드와 시간계수를 추출한다. 입력 차수와 상태변수 차수는 각각 유동장 스팩트럼 분석과 시간계수 분석을 통해 결정한다. 또한, 유동장의 속도 분석을 통해 ARX의 입력 지연 차수를 결정한다. 한편, ARX 모델의 계수는 신경망을 이용하여 설계한다. An ARX(Auto-Regressive eXogenous) modeling technique for vortex dynamics in the BFS(Backward Facing Step) flow field is proposed in this paper. In order for the modeling of the dynamics, the spatial and temporal modes are extracted through POD(Proper Orthogonal Decomposition) analysis. Determining the orders of the inputs and outputs for an ARX structure is carried out by the spectrum analysis and temporal mode analysis, respectively. The order of input delay terms is also determined by the flow velocity. Finally the coefficients of the ARX model are designed by using an artificial neural network.

DBD 플라즈마를 이용한 후향계단 아음속 유동 제어

송지운(Jiwoon Song),박슬기(Sulki Park),김태환(Tae Hwan Kim),조형희(Hyung Hee Cho) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.5

본 연구에서는 후향계단 형상의 0.5 m/s의 속도를 갖는 유동을 DBD 플라즈마를 통해 제어하였다. electrode와 dieletric material로 각각 stainless foil과 polymide film을 사용하였으며, 고압의 AC power source를 사용하였다. 후향계단 전단과 수직 부분의 두 부분으로 나누어 각각 플라즈마를 발생시켰으며, 플라즈마 발생 위치에 따라서 유동의 재부착 지점이 변경됨을 확인 할 수 있었다. The effect of plasma on flow characteristics in subsonic flow in backward-facing step is studied. The velocty of main flows are 0.5 m/s. DBD plasma is using for flow control. Stainless foil and polymide films are used as an electrode and dielectric material. The change of flow characteristics are shown by different of plasma generation region in fluid flow.

BFS 유동제어를 위한 ARX 구조의 유동장 모델링 기법

이진익,이은석,전병을,이광섭 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

본 논문에서는 BFS 유동장의 유동운동에 대한 ARX(Auto Regressive eXogenous) 모델링 기법을 제시한다. BFS 유동장 모델링을 위해 밀도를 모드분석을 통해 고유 공간모드와 시간계수를 추출한다. 입력 차수와 상태변수 차수는 각각 유동장 스팩트럼 분석과 시간계수 분석을 통해 결정한다. 또한, 유동장의 속도 분석을 통해 ARX의 입력 지연 차수를 결정한다. 한편, ARX 모델의 계수는 신경망을 이용하여 설계한다. An ARX modeling technique for vortex dynamics in the BFS flow field is proposed in this paper. In order for the modeling of the dynamics, the spatial and temporal modes are extracted through POD analysis. Determining the orders of the inputs and outputs for an ARX structure is carried out by the spectrum analysis and temporal mode analysis, respectively. The order of input delay terms is also determined by the flow velocity. Finally the coefficients of the ARX model are designed by using an artificial neural network.

BFS 유동장의 제어측면에서의 유동 축약모델링

이진익,이은석,전병을,이광섭 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

본 논문에서는 후향계단 유동장 모델링 및 복원오차를 분석한다. 유동장의 밀도를 POD 기법을 통해 공간모드와 시간모드로 추출하여 수학적으로 모델링한다. 모델링 오차를 정립하여 유동에너지와 오차 사이의 관계를 정리한다. 모델링 오차를 시간영역 뿐만 아니라 주파수 영역에서의 분석을 통하여 제어측면에서 오차의 한계를 규정한다. In this paper, we analyze the reconstruction errors in the modeling of BFS vortex field. In order for the mathematical modelling of a density, the spatial and temporal modes are extracted by POD approach. By founding a definition of the modeling errors, we summarize the relationship between the energy strength and the reconstruction errors. Moreover the allowable modeling error limits in the flow control point of view are confined by analysing in the frequency domain as well as time domain of the reconstructed data.

수직 탭을 이용한 후향 계단 유동 제어

박형민(Hyungmin Park),전우평(Woo-Pyung Jeon),최해천(Haecheon Choi),유정열(Jung Yul Yoo) 대한기계학회 2005 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2005 No.11

In this study, mixing enhancement behind a backward-facing step is experimentally investigated using thin rectangular tabs attached on the trailing edge at the Reynolds number of 24,000 based on the free-stream velocity and step-height (h). The control parameters considered are the height and width of the tab and the spanwise spacing (λ) between the adjacent tabs. The reattachment length (x<SUB>R</SUB>) is about 5.8h for uncontrolled flow. For each tab configuration, we measure the distributions of wall static pressure and reattachment length along the spanwise direction. With the tab, the reattachment length and wall static pressure show significant variations in the spanwise direction. With single tab, x<SUB>R</SUB> slightly increases at the spanwise location of the tab, but significantly decreases at other spanwise locations. With multiple tabs, we also find that there exists optimal λ minimizing reattachment length. It is shown that the tabs attached on the trailing edge drastically increase mixing behind the backward-facing step.

후향계단 유동장 축약모델링 기법

이진익(Jin-Ik Lee),이은석(Eun-Seok Lee) 한국항공우주학회 2012 韓國航空宇宙學會誌 Vol.40 No.10

본 논문에서는 후향계단 유동장 모델링 및 복원오차를 분석한다. 유동장의 밀도를 POD(Proper Orthogonal Decomposition) 기법을 통해 공간모드와 시간모드로 추출하여 수학적으로 모델링한다. 모델링 오차를 정립하여 유동에너지와 오차 사이의 관계를 정리한다. 모델링 오차를 시간영역 뿐만 아니라 주파수 영역에서의 분석을 통하여 제어측면에서 오차의 한계를 규정한다. In this paper, we analyze the reconstruction error in the modeling of flow field on BFS(Backward Facing Step). In order for the mathematical modelling of a density on the field, the spatial and temporal modes are extracted by POD(Proper Orthogonal Decomposition) method. After formulating the modeling error, we summarize the relationship between the energy strength and the reconstruction errors. Moreover the allowable modeling error limits in the flow control point of view are confined by analysing in the frequency domain as well as time domain of the reconstructed data.

초음속 후향 계단 유동에서 액체 분사로 인한 초음속 제트의 구조 변화

안상훈,한두희,최한영,서성현,성홍계 항공우주시스템공학회 2019 항공우주시스템공학회지 Vol.13 No.6

The experiment on the liquid jet in crossflow in supersonic BFS (backward-facing step) flow was conducted to investigate the mixing characteristics. The working fluids are nitrogen and water. The shadow graph technique was used to visualize the flow field. Images captured by the high-speed camera were applied to analyze the flow phenomena. The liquid jet was injected at the re-circulation zone created by the supersonic jet flow. Experimental conditions are defined based on the pressure of the nitrogen gas chamber and pressurized liquid tank. In respective cases, the penetration depth of liquid jet and location of the Mach disc were observed to be proportional to the momentum ratio of gas and liquid jets. 초음속 유동이 흐르는 후향 계단에서 액체 제트가 수직으로 분사되는 유동의 혼합 특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 작동 유체는 질소와 물을 사용하였다. 쉐도우그래프 기법을 사용하여 유동을 가시화하였으며, 초고속 카메라로 촬영된 영상은 시간 평균화 처리를 통해 분석에 사용하였다. 액체 제트의 주입구는 초음속 질소가스 유동에 의해 생성되는 재순환 영역 내부에 위치하며 유동방향에 수직하게 분사된다. 실험 조건은 질소가스 챔버와 액체 가압탱크의 압력에 따라 나누었다. 각 실험 조건에서 분사된 액체 제트의 침투 깊이와 마하 디스크의 생성 위치의 변화를 관찰하였으며, 운동량비에 따른 유동의 구조 변화에 대해 고찰하였다.

큰 후향 계단이 있는 이중 모드 램젯 엔진의 설계 연구

양인영(Inyoung Yang),이양지(Yang-Ji Lee),이경재 (Kyung-Jae Lee) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회지 Vol.19 No.6

Scaled model of a dual-mode ramjet engine with large backward-facing step, as a component of the rocket-based combined cycle engine, was designed. Design parameters were derived for this engine with the consideration of application for the rocket-based combined cycle engine. Design methodology was established for these design parameters. The design was partially verified through numerical study. Flow characteristics of the dual-mode ramjet engine with large backward-facing step was investigated experimentally. The design methodology for relevant design parameters established in this study was verified as feasible.

LES을 이용한 후향 계단 유동에서의 Synthetic turbulence 효과 연구

안상훈,성홍계 항공우주시스템공학회 2019 항공우주시스템공학회지 Vol.13 No.6

아음속 유동이 흐르는 후향 계단에서, 입구 경계면에서의 난류를 모사하는 3가지 기법을 조사하였다. 입구 경계면으로 유입되는 평균 유동장과 레이놀즈 응력 프로파일은 실험에서 측정된 결과를 사용하였으며, 입구 경계면의 난류 유동 모사기법으로 synthetic eddy method(SEM), 무작위 변동(random noise) 그리고 균일한 유동 조건(uniform)을 사용하였다. 3차원 유동장의 난류 유동의 모사를 위해 대와동모사(Large Eddy Simulation, LES)를 적용하였다. 3가지 기법에 대한 입구 경계면으로 유입된 유동의 난류 특성과 유동의 재 부착(reattachment) 거리와 속도, 레이놀즈 응력(Reynolds stress)을 비교하였다. The synthetic turbulence generation model for inlet boundary conditions of subsonic Backward Facing Step (BFS) was investigated. The average u-velocity and Reynolds stress at inlet boundary follows experimental data. Synthetic Eddy Method (SEM), random noise, and uniform flow conditions were implemented relative to the synthetic turbulence generation method. A three dimensional Large Eddy Simulation (LES) was applied for turbulent flow simulation. Turbulent and mean flow characteristics such as flow reattachment length, velocity profiles, and Reynolds stress profiles of BFS were compared with respect to the turbulent effects.