수직 대류의 난류에서 공간 가변 난류 열확산 모델과 평균 온도 분포

초록

본 논문은 두 무한 수직벽 사이에 존재하는 난류 수직 자연대류 흐름을 대상으로, 위치에 따라 변하는 난류 열확산계수(K) 모델을 제안한다. 3계층 다항식 형태의 K(x)를 이용해 평균 온도 방정식을 폐쇄하고, 내측 경계층과 중심부 외측 영역 각각에 대해 보편적인 스케일링 함수와 온도·길이 스케일을 도출한다. 제시된 모델은 다양한 레이리수(Ra)와 프란틀수(Pr) 조건에서 직접수치시뮬레이션(DNS) 결과와 정량적으로 일치함을 확인하였다.

상세 분석

이 연구는 수직 대류에서 난류 열전달을 기술하기 위해 기존의 상수 난류 열확산 가정 대신, 공간에 따라 변하는 eddy diffusivity K(x)를 도입한 점이 가장 큰 혁신이다. 저자들은 K(x)/ν를 세 구역(내측 경계층, 중간선형 구간, 외측 대칭 구간)으로 나누어 각각 A·y³, c₁+c₂y, Cₘ