KR20120121999A - 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시 전산 유체 역학 해석을 통하여 측정 영역 내에 효과적으로 입자를 분사하는 방법 - Google Patents

예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시 전산 유체 역학 해석을 통하여 측정 영역 내에 효과적으로 입자를 분사하는 방법 Download PDF

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김진
안해성
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김충만
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한국해양연구원
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Abstract

본 발명은 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 조건과 동일한 조건으로 전산 유체 역학을 이용하여 유동 해석을 수행하는 단계 및; 예측된 유체 흐름을 통해서 측정 영역 내로 유입되는 유동의 상류 지점을 파악하고 이 지점을 입자 분사 영역으로 결정하는 단계;를 포함하는, 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시 전산 유체 역학 해석을 통하여 측정 영역 내에 효과적으로 입자를 분사하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시 소비되는 입자의 양을 절약할 수 있으며, 변화하는 실험 조건에 대응하여 측정 영역 내의 입자 농도를 용이하게 조절할 수 있다.

Description

예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시 전산 유체 역학 해석을 통하여 측정 영역 내에 효과적으로 입자를 분사하는 방법{method of seeding particle into towing tank effectively using CFD in application of particle image velocimetry}
본 발명은 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시 전산 유체 역학 해석을 통하여 측정 영역 내에 효과적으로 입자를 분사하는 방법에 관한 것이다.
입자영상유속계(particle image velocimetry)는 최근 각광받고 있는 정성적 유동가시화 방법으로, 점측정(point-wise measurement) 방식인 레이저도플러유속계(laser doppler velocimetry), 열선유속계(hot-wire anemometry), 피토튜브(pitot tube)와는 달리 장측정(whole-field measurement) 방식으로 한 번에 유동의 공간구조를 파악할 수 있는 장점이 있다.
입자영상유속계 시스템은 유동장에서 측정하고자 하는 특정 영역을 조명하기 위한 광원, 광원을 산란시키고 유동을 잘 추종하는 특성을 가진 입자, 입자 영상을 촬영하는 한 개 또는 다수 개의 카메라, 촬영된 입자 영상을 저장하고 이미지 프로세싱을 통해 속도장을 얻어내는 해석 프로그램 및 그 해석 프로그램이 구동되는 컴퓨터 등으로 구성된다.
입자영상유속계는 유체의 속도를 측정하는 것이 아니라 유동을 잘 추종하는 특징을 가진 입자의 속도를 대신 계측하여 유체장의 속도(속도장)를 측정하는 장비이다. 한편, 예인수조에서는 전체 유체의 양이 방대하여 예인수조 전체에 입자를 한꺼번에 분포시키기가 어려우므로, 보통 측정 영역 근방에만 입자를 분포시키게 된다. 그러므로 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시에는 측정 영역 내에 입자를 충분한 농도로 고르게 분포시키는 것이 측정의 정확도를 높이는 중요한 방안이 된다.
본 발명은 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시 전산 유체 역학 해석을 통하여 측정 영역 내에 효과적으로 입자를 분사하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 조건과 동일한 조건으로 전산 유체 역학을 이용하여 유동 해석을 수행하는 단계 및;
예측된 유체 흐름을 통해서 측정 영역 내로 유입되는 유동의 상류 지점을 파악하고 이 지점을 입자 분사 영역으로 결정하는 단계;
를 포함하는, 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시 전산 유체 역학 해석을 통하여 측정 영역 내에 효과적으로 입자를 분사하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시 소비되는 입자의 양을 절약할 수 있으며, 변화하는 실험 조건에 대응하여 측정 영역 내의 입자 농도를 용이하게 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 조건과 동일한 조건으로 전산 유체 역학을 이용하여 유동 해석을 수행한 결과.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 전산 유체 역학을 이용하여 예측된 유체 흐름을 통해서 측정 영역 내로 유입되는 유동의 상류 지점을 파악한 상태.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 측정 영역 내로 유입되는 유동의 상류 지점에 대응하는 영역을 입자 분사 영역으로 결정한 상태.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 한편, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
전산 유체 역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)은 유체 유동 현상을 예측하기 위하여 유체 흐름의 지배 방정식인 나비에-스토크스 방정식(Navier-Stokes Equations)을 FDM(Finite Difference Method), FEM(Finite Element Method), FVM(Finite Volume Method) 등과 같은 수치 기법(Numerical method)들을 이용하여 푸는 유체 역학의 한 분야이다.
본 발명은 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시 상술한 전산 유체 역학 해석을 통하여 측정 영역 내에 효과적으로 입자를 분사하는 방법을 제공하고자 하는바,
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 예인수조(6)에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 조건과 동일한 조건으로 전산 유체 역학을 이용하여 유동 해석을 수행하는 단계 및; 예측된 유체 흐름을 통해서 측정 영역(2) 내로 유입되는 유동의 상류 지점(3)을 파악하고 이 지점을 입자 분사 영역(4)으로 결정하는 단계;를 포함하여 이루어진다. 이하 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 대하여 단계적으로 상세히 설명한다.
먼저, 예인수조(6)에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 조건과 동일한 조건으로 전산 유체 역학을 이용하여 유동 해석을 수행한다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 전산 유체 역학을 이용하여 유동 해석을 수행한 결과를 보여준다. 도 1에는 평균유동장의 유선(Streamline)이 나타나 있는바, 평균유동장의 유선은 시간에 따른 유동 특성의 변화가 크지 않을 때 유체 입자의 이동 경로를 근사적으로 나타낼 수 있다.
다음으로, 도 1에서 예측된 유체 흐름을 통해서 측정 영역(2) 내로 유입되는 유동의 상류 지점(3)을 파악해 낸다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 측정 영역(2) 내로 유입되는 유동의 상류 지점(3)을 파악한 상태를 보여준다.
이때 유동의 상류 지점(3)은 도 1 및 도 2에서 측정 영역(2)을 지나는 유선을 상류 방향으로 따라 움직인 영역을 의미한다. 이 경우 이러한 유동의 상류 지점(3)에 존재하는 입자는 대부분 다른 영역으로 분산되지 않고 모두 측정 영역(2) 내로 유입된다. 물론 유동의 상류 지점(3) 이외의 다른 영역에 존재하는 입자는 거의 측정 영역(2) 내로 유입되지 않는다.
따라서 실험자는 관심의 대상인 측정 영역(2) 내로 대부분의 입자가 유입될 수 있도록 유동의 상류 지점(3)을 입자 분사 영역(4)으로 결정한다. 이때 입자 분사 영역(4)은 도 3에 도시된 바와 같이 예인전차(5)가 이동하는 방향 쪽에 정지해 있는 유체의 영역(4)에 대응하므로, 이 영역(4)에 대해서만 입자를 분사하면 하류의 측정 영역(2) 내 유동을 효과적으로 관측할 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면 실험 시 입자를 유동의 상류 지점(3)에만 분사하고 다른 지점에는 분사하지 않아도 되므로 입자의 소비량을 줄일 수 있다. 그리고 변화하는 실험 조건에 대응하여 측정 영역(2) 내의 입자 농도를 용이하게 조절할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 한편, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 물체
2 : 측정 영역
3 : 측정 영역 내로 유입되는 유동의 상류 지점
4 : 입자 분사 영역
5 : 예인전차
6 : 예인수조

Claims (1)

  1. 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 조건과 동일한 조건으로 전산 유체 역학을 이용하여 유동 해석을 수행하는 단계 및;
    예측된 유체 흐름을 통해서 측정 영역 내로 유입되는 유동의 상류 지점을 파악하고 이 지점을 입자 분사 영역으로 결정하는 단계;
    를 포함하는, 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시 전산 유체 역학 해석을 통하여 측정 영역 내에 효과적으로 입자를 분사하는 방법.
KR1020110039941A 2011-04-28 2011-04-28 예인수조에서의 입자영상유속계를 이용한 유동 측정 실험 시 전산 유체 역학 해석을 통하여 측정 영역 내에 효과적으로 입자를 분사하는 방법 Ceased KR20120121999A (ko)

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