플룸(유체 역학)

유체역학에서, 기둥이나 기둥은 다른 유체를 통해 움직이는 하나의 유체의 수직체이다.운동량(관성), 확산 및 부력(밀도 차이)을 포함한 몇 가지 효과가 유체의 움직임을 제어합니다.순수한 제트와 순수한 플룸은 각각 전적으로 운동량과 부력 효과에 의해 구동되는 흐름을 정의합니다.이 두 한계 사이의 흐름은 보통 강제 플룸 또는 부력 제트라고 합니다."부얀시(buoyancy)"는 다른 힘이나 초기 운동이 없을 때 유입되는 유체가 상승하는 경향이 있을 때 양성으로 정의됩니다.플룸 오일의 밀도가 주변보다 크지만(즉, 정지 상태에서 자연적 경향은 가라앉는다), 흐름이 수직 방향으로 어느 정도 거리를 이동하기에 충분한 초기 모멘텀을 갖는 상황은 부력이 ^[1]있는 것으로 설명된다.

움직임.

보통, 플룸이 그 근원에서 멀어지면, 플룸은 주변 유체의 가장자리에 끼임으로 인해 넓어집니다.플룸 모양은 주변 유체의 흐름에 의해 영향을 받을 수 있습니다(예: 플룸과 동일한 방향으로 부는 국소 바람이 공류 제트를 발생시키는 경우).이것은 보통 처음에 '부용시 지배'였던 플룸을 '모멘텀 지배'로 만든다.

흐름과 검출

또 다른 중요한 현상은 플룸이 층류인지 난류인지 여부입니다.일반적으로 플룸이 소스에서 멀어짐에 따라 층에서 난류로 전환됩니다.이 현상은 담배에서 피어오르는 연기 기둥에서 뚜렷이 나타난다.높은 정확도가 필요한 경우 CFD(Computational Fluid Dynamics)를 사용하여 플룸을 시뮬레이션할 수 있지만, 결과는 선택된 난류 모델에 민감할 수 있다.CFD는 종종 가스 성분 외에 응축 위상 성분이 존재할 수 있는 로켓 플룸에 대해 수행됩니다.이러한 유형의 시뮬레이션은 후연소와 열복사를 포함하여 매우 복잡해질 수 있으며 (예를 들어) 탄도 미사일 발사는 종종 뜨거운 로켓 플룸을 감지하여 탐지된다.

우주선 설계자들은 때때로 태양 어레이나 스타 트래커와 같은 민감한 서브시스템에 대한 자세 제어 시스템 추진기 플럼의 충돌이나 달이나 행성 표면에 대한 로켓 엔진 플럼의 충돌에 대해 우려하고 있으며, 이로 인해 국지적인 손상이나 행성 대기에 대한 중간 교란이 발생할 수 있다.

담배의 연기 흐름에서도 뚜렷하게 볼 수 있는 또 다른 현상은 흐름의 끝부분, 즉 출발 기둥이 거의 링-보텍스(연기 고리)^[2] 모양이라는 것이다.

종류들

지상으로 방출된 오염물질은 지하수로 흘러들어가 지하수 오염으로 이어질 수 있다.대수층 내의 오염된 물의 결과물은 플룸이라고 불리며, 이동 가장자리는 플룸 전선이라고 불립니다.플룸은 대수층의 전체 수역 내 수질 오염의 위치 파악, 지도 작성 및 측정을 위해 사용되며 플룸 전선은 ^[3]오염의 확산 방향과 속도를 판단하기 위해 사용됩니다.

플룸은 대기 오염의 대기 분산 모델링에서 상당히 중요하다.대기 오염 플룸에 관한 고전적인 작품은 게리 ^[4][5]브릭스의 작품입니다.

열 플룸은 열원 위로 상승하는 기체에 의해 생성되는 플룸입니다.가스는 열팽창으로 인해 주변의 차가운 가스보다 따뜻한 가스가 덜 밀도가 높아지기 때문에 상승합니다.

심플한 플룸 모델링

상당히 단순한 모델링은 완전히 발달된 난류 플룸의 많은 특성을 ^[6]조사할 수 있게 한다.많은 고전적인 스케일링 주장은 Stewart ^[7]Turner의 모노그래프에 설명되어 있다.

1. 일반적으로 압력 구배는 플룸에서 멀리 떨어진 구배(이 근사치는 일반적인 Bousinesq 근사치와 유사)에 의해 설정된다고 가정하면 충분하다.
2. 플룸 전체의 밀도 및 속도 분포는 단순한 가우스 분포로 모델링되거나 플룸 전체에서 균일하게 처리된다(이른바 '톱 햇' 모델).
3. 플룸에 끼이는 속도는 ^[8]국소 속도에 비례합니다.처음에는 상수라고 생각되었지만, 최근의 연구는 교란 계수가 지역 리차드슨 ^[9]숫자에 따라 달라진다는 것을 보여주었다.교락 계수의 일반적인 값은 수직 제트의 경우 약 0.08, 수직 부력 플룸의 경우 0.12인 반면, 휘어진 플룸의 경우 교락 계수는 약 0.6이다.
4. 질량 보존 방정식(교란 포함), 운동량 및 부력 플럭스는 대부분의 ^[8][10]경우 흐름을 완전히 설명하기에 충분합니다. 단순한 상승 플룸의 경우 플룸이 약 6~15도의 일정한 반각에서 넓어질 것으로 예측합니다.

가우스 플룸 모델링

가우스 플룸 모델은 여러 유체 역학 시나리오에서 연막 방출 또는 강에서 방출되는 오염물질과 같은 용질의 농도 분포를 계산하기 위해 사용할 수 있다.가우스 분포는 Fickian 확산에 의해 설정되며, 가우스(^[11]벨 모양) 분포를 따릅니다.1차원 순간점 소스의 예상 농도를 계산하기 위해 x$(\displaystyle$ x$)$를 따라 1차원 영역에서 순간적으로 $방출$되는 질량$$M(\$displaystyle$ M$)$을 고려합니다.이를 통해 다음과 같은 방정식을 ^[12]얻을 수 있습니다.

${\displaystyle C(x,t)=sfrac {M}{\sqrt {4\pi Dt}}\exp \leftfrac {(x-x_{0})^2}}{4D(t-t_{0}}}\right}$

$여기$서 M$({displaystyle$ M$}$은 $t{\displaystyle }$ ${\displaystyle {}_{}}$ 0 {{$displaystyle$ t$=$$t_{0}}$ $및{\displaystyle }$ 위치 x $=$ $0$ {{$displaystyle x=x_$${0$에 방출된 $질량이고$({\$displaystyle$$$D$\}){\displaystyle }$는 확산도 [m $](m 2s$)입니다$.$이 방정식에서는 다음 4가지 ^[13]전제가 있습니다.

1. $질량{\displaystyle }$ M$(디스플레이 스타일$ M$)$이 즉시 해제됩니다.
2. $질량{\displaystyle }$ M$(디스플레이$ 스타일 M$)$은 무한 영역에서 공개됩니다.
3. 그 질량은 확산을 통해서만 퍼진다.
4. 공간 ^[11]내에서의 확산은 변하지 않습니다.

갤러리

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스