Level Set 방법을 이용한 액적 충돌에 대한 수치해석 : A Numerical Analysis with Level Set Method on the Binary Droplet Collisions
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 허남건
- 발행년도 2008
- 학위수여년월 2008. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 기계공학
- 식별자(기타) 000000107705
- 본문언어 한국어
목차
액적 충돌은 대기중 물방울과 연료 분사 장치와 같은 스프레이 모델을 구성하는데 있어 기반이 되는 현상이다. 액적 충돌은 액적의 속도와 충돌 파라미터, 액적 크기비에 직접적인 영향을 받게 된다. 이러한 변수의 영향으로 충돌 후 액적의 거동은 매우 복잡하면서도 중요한 현상이다. 두 액적의 충돌은 크게 반사, 합일, 스트레칭 분리 및 리플렉시브 분리와 같은 현상을 발생시킨다. 또한, 분리 현상은 위성 액적의 생성을 일으킬 수 있다. 본 연구에서는 액적 충돌 현상에 대한 이상 유동을 Level Set 방법을 사용하여 수치해석하였다. 정면 충돌에 대한 2D 축대칭 해석과 비중심 충돌에 대한 3D 해석을 수행하였다. 수치해석으로부터 액적의 거동 및 충돌 후 위성 액적 생성에 대한 결과를 얻을 수 있었다. 정면 충돌하는 크기가 같은 두 액적의 합일 및 리플렉시브 분리 현상을, 비중심 충돌하는 액적의 합일 및 스트레칭 분리 현상을 분석하였다. 액적 거동 및 스트레칭 분리시 생성되는 위성 액적의 개수에 대한 해석 결과는 실험 및 이론적인 결과와 일치하였다. 또한 초기 액적의 부피비에 대한 수송 방정식을 사용하여 충돌하는 두 액적의 성분을 추적하였다. 이로부터 크기가 다른 두 액적의 정면 충돌에 대해 액적 성분 추적을 하여 액적 거동 및 액적 성분에 대해 분석하였다.
목차
It is important to predict the binary droplet collision in the formation of the falling drop and spray model of the dispersed phase system. The droplet velocity, impact parameter and drop-size ratio have influence on the interaction of droplets. By the effects of these parameters, the collision processes are generated with the complicated phenomena. The droplet collision can be classified into four interactions such as the bouncing, coalescence, reflexive separation and stretching separation. The separation of the droplet may cause the satellite droplets. To enlarge the understanding of physical phenomena on the droplet collision, numerical analyses have been performed recently with the experimental and analytical studies. In this study, the two-phase flow of the droplet collision was simulated numerically using the Level Set method including the continuum surface force. 2D axi-symmetric simulations on head-on collisions and 3D simulations on off-center collisions were performed. As a result, behaviour of droplets and formation of satellite droplets after the droplet collision were obtained. In head-on collisions, the phenomena such as the coalescence and reflexive separation were observed. In off-center collisions, the phenomena such as the coalescence, reflexive separation and stretching separation were observed. These numerical results showed good agreements with the experimental and analytical results. From these results, it was confirmed that the satellite droplets were generated when the separation phenomenon occurred. The number of satellite droplets obtained by numerical analysis corresponded to the analytical prediction. For tracking the identity of droplets after the collision, transport equations for the volume fraction of the each initial droplet were used. From this, the identities of droplets were analyzed on the collisions of droplets having different size.
