타원형 실린더의 각도 변화가 사각 밀폐계 내부의 자연대류 현상에 미치는 영향 = Effect of Variation in Angle of the Elliptic Cylinder on Natural Convection in a Square Enclosure

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 사각 밀폐계 내부에 존재하는 타원형 실린더의 각도 변화에 따른 밀폐계 내부의 2차원 자연대류 현상에 대한 수치해석을 수행하였다. 내부 실린더의 경계면을 구현하기 위하여 유한체적법(Finite Vilume Method)을 기초로 가상경계법(Immersed Boundary Method)을 사용하였다. 본 연구에서 고려한 Rayleigh 수는 103부터 106까지며, Prandtl 수는 0.7이다. 내부 타원형 실린더의 각도는 0°부터 90° 범위에서 5° 간격으로 변경하였다. 타원형 실린더의 각도 효과를 분석하기 위해 타원의 둘레와 동일한 원형 실린더를 추가적으로 계산하였다. 본 연구에서 고려한 모든 Rayleigh 수와 타원형 실린더의 각도 범위에서 열유동장은 정상 상태의 특성을 보였다. 내부 타원형 실린더의 각도 증가에 의한 열유동장의 변화에 따라 실린더 표면과 밀폐계 벽면 평균 Nusselt 수는 증가하였다. 내부 타원형 실린더의 각도 변화에 따른 사각 밀폐계 내부의 자연대류 현상은 온도장, 유동장, 국부 Nusselt 수 및 표면 평균 Nusselt 수의 분포를 바탕으로 분석하였으며, 타원형 실린더로부터 발생하는 자연 eofbd에 의한 열 전달 성능을 동일한 둘레를 가지는 원형 실린더인 경우와 비교하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 수치해석 방법 5
• 2.1 지배방정식 5
• 2.2 계산 영역 및 경계조건 8
• 2.3 해석 코드 검정 9
• 3. 결과 및 토의 10
• 3.1 온도장과 유동장 10
• 3.1.1 Ra=103 10
• 3.1.2 Ra=104 12
• 3.1.3 Ra=105 15
• 3.1.4 Ra=106 17
• 3.2 국부 Nusselt 수 19
• 3.2.1 실린더 표면 19
• 3.2.2 밀폐계 상부 벽면 25
• 3.3 표면 평균 Nusselt 수 30
• 3.3.1 밀폐계 좌우 벽면 30
• 3.3.2 밀폐계 상하 벽면 32
• 3.3.3 실린더 표면 및 밀폐계 벽면 34
• 4. 결론 37
• 5. 참고문헌 39