KR102098195B1 - Cylindrical structure with penetration holes to reduce drag - Google Patents

Cylindrical structure with penetration holes to reduce drag Download PDF

Info

Publication number
KR102098195B1
KR102098195B1 KR1020180085614A KR20180085614A KR102098195B1 KR 102098195 B1 KR102098195 B1 KR 102098195B1 KR 1020180085614 A KR1020180085614 A KR 1020180085614A KR 20180085614 A KR20180085614 A KR 20180085614A KR 102098195 B1 KR102098195 B1 KR 102098195B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hole
cylinder
drag
present
fluid
Prior art date
Application number
KR1020180085614A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190110413A (en
Inventor
김주하
김지희
채석봉
Original Assignee
울산과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산과학기술원 filed Critical 울산과학기술원
Publication of KR20190110413A publication Critical patent/KR20190110413A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102098195B1 publication Critical patent/KR102098195B1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/002—Influencing flow of fluids by influencing the boundary layer
    • F15D1/0025—Influencing flow of fluids by influencing the boundary layer using passive means, i.e. without external energy supply
    • F15D1/0055—Influencing flow of fluids by influencing the boundary layer using passive means, i.e. without external energy supply comprising apertures in the surface, through which fluid is withdrawn from or injected into the flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/10—Influencing flow of fluids around bodies of solid material
    • F15D1/12—Influencing flow of fluids around bodies of solid material by influencing the boundary layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물에 관한 것으로, 다양한 각도의 관통홀이 구비된 원통은 박리점이 관통홀이 없는 원통에 비해 유체가 흐르는 방향으로 더욱 후단 측에 위치함으로써, 상기 원통이 받는 항력을 감소시키는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a cylindrical structure having a through-hole to reduce drag, and a cylinder provided with through-holes of various angles is located at a rear end side in a direction in which a fluid flows compared to a cylinder without a through-hole, wherein the peel point is It is characterized by reducing the drag received by the cylinder.

Description

관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물{Cylindrical structure with penetration holes to reduce drag}Cylindrical structure with penetration holes to reduce drag}

본 발명은 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물로써 더욱 자세하게는, 유체가 흐르는 방향에 관계없이 다양한 각도로 설치된 상기 관통홀에 의해 원통의 박리점이 상기 관통홀이 없는 원통에 비해 유체가 흐르는 방향으로 더욱 후단 측에 위치함으로써, 상기 원통이 받는 항력을 감소시키는 것에 관한 기술이다.The present invention is a cylindrical structure having a through hole to reduce drag, and more specifically, a fluid flows compared to a cylinder without the through hole by the through hole installed at various angles regardless of the direction in which the fluid flows. It is a technique for reducing the drag force received by the cylinder by being located further toward the rear end in the direction.

유동박리는 경계층의 운동에너지가 물체에 발생하는 역압력 구배(adverse pressure gradient)를 극복하지 못하고 역류(reverse flow)가 발생하면서 흐름이 표면으로부터 떨어져 나가는 현상이다. 일반적으로 유동박리가 발생하면 항력(drag force)이 커지게 되므로 유동박리를 없애거나 지연시키는 제어기술들이 많이 연구되고 있으며, 실생활에서도 활용되고 있다.The flow separation is a phenomenon in which the kinetic energy of the boundary layer does not overcome the reverse pressure gradient generated on the object and the flow flows off the surface as the reverse flow occurs. In general, when fluid peeling occurs, drag force increases, so many control techniques for removing or delaying fluid peeling have been studied and utilized in real life.

유동 내 원통의 항력계수는 유동 박리점 부근의 유동과 후류 구조를 제어함으로써 감소될 수 있다. 대표적인 기존의 항력 감소 장치로 예를 들면, 대한민국등록특허공보 제10-0476542호와 같이 인위적 제트를 활용하는 방법이 있는데, 이는 유동 박리점 부근에서 특정 에너지를 주어 유동 흡입과 방출을 빠르게 반복하며, 유동박리를 지연시키면서 원통의 항력을 감소시킨다. 그러나, 상기 인위적 제트를 활용하는 방법은 에너지가 필요하며, 특정 방향의 유동 내에서만 항력을 감소시키는 효과를 볼 수 있으며, 그 이외의 구간에서는 오히려 항력이 증가하는 문제점을 가진다.The drag coefficient of the cylinder in the flow can be reduced by controlling the flow and wake structures near the flow separation point. As a typical existing drag reduction device, for example, there is a method of utilizing an artificial jet, such as Korean Patent Publication No. 10-0476542, which rapidly repeats flow suction and discharge by giving specific energy near the flow separation point, It reduces the drag of the cylinder while delaying the peeling. However, the method using the artificial jet requires energy, and it is possible to see the effect of reducing drag only within a flow in a specific direction, and in other sections, the drag increases.

대한민국 등록특허공보 제10-0476542호(2005.03.18.)Republic of Korea Registered Patent Publication No. 10-0476542 (2005.03.18.)

본 발명은 상술한 바와 같은 선행 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유체가 흐르는 방향에 관계없이 다양한 각도로 설치된 관통홀에 의하여 표면 유동 박리점이 후단 측으로 이동됨으로써 항력을 감소시키데 그 목적이 있다. The present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, the purpose is to reduce the drag force by moving the surface flow separation point to the rear end side through the through holes installed at various angles regardless of the direction in which the fluid flows. have.

또한, 본 발명은 인위적인 장치나 에너지 공급 없이 항력을 감소시키는 데 그 목적이 있다. In addition, the present invention has an object to reduce drag without an artificial device or energy supply.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems to be solved by the present invention not mentioned herein are described below to those skilled in the art to which the present invention pertains. It will be clearly understood.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물은, 원통과 상기 원통에 다양한 각도로 구비된 관통홀을 포함하며, 상기 원통의 박리점이 상기 관통홀이 없는 매끈한 원통에 비해 유체가 흐르는 방향으로 더욱 후단 측에 위치함으로써, 상기 원통이 받는 항력을 감소시키는 것을 특징으로 한다.A cylindrical structure having a through hole according to a preferred embodiment of the present invention to reduce drag, includes a cylinder and a through hole provided at various angles to the cylinder, and a smooth cylinder without the through hole has a peeling point of the cylinder. Compared to the direction in which the fluid flows, it is further positioned on the rear end side, thereby reducing the drag force received by the cylinder.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 관통홀은 상기 원통의 높이방향을 기준으로 나선형으로 배치되어 특정 방향에 구애 받지 않고, 모든 방향의 유체 유동에 대해 상기 원통이 받는 항력을 감소시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the through-hole according to a preferred embodiment of the present invention is arranged in a spiral with respect to the height direction of the cylinder, regardless of a specific direction, it characterized in that to reduce the drag received by the cylinder for fluid flow in all directions Is done.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물은, 유체가 흐르는 방향에 따라 상기 관통홀의 간격을 조절하여, 상기 원통이 받는 항력을 효율적으로 감소시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the cylindrical structure having a through hole according to a preferred embodiment of the present invention to reduce drag is characterized in that it effectively reduces the drag received by the cylinder by adjusting the spacing of the through hole according to the direction in which the fluid flows. do.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물은, 상기 관통홀의 유동단면적을 조절하는 것을 특징으로 한다.In addition, the cylindrical structure having a through hole according to a preferred embodiment of the present invention to reduce drag, is characterized in that to control the flow cross-sectional area of the through hole.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물은, 유체의 유량에 따라 상기 관통홀의 직경과 상기 원통의 단면의 직경과의 비율을 조절하여, 상기 원통이 받는 항력을 효율적으로 감소시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the cylindrical structure having a through-hole according to a preferred embodiment of the present invention to reduce drag force, by adjusting the ratio of the diameter of the through-hole to the diameter of the cross-section of the cylinder according to the flow rate of the fluid, the cylinder receives It is characterized by efficiently reducing drag.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물은, 유체가 흐르는 방향에 관계없이 다양한 각도로 설치된 관통홀에 의하여 표면 유동 박리점이 후단 측으로 이동됨으로써 항력을 감소시키는 효과가 있다.By means of solving the above problem, the cylindrical structure having a through hole of the present invention to reduce drag reduces the drag by moving the surface flow separation point to the rear end side through the through hole installed at various angles regardless of the direction in which the fluid flows. It is effective.

또한, 본 발명의 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물은, 인위적인 장치나 에너지 공급 없이 항력을 감소시키는 효과가 있다.In addition, the cylindrical structure having a through-hole of the present invention to reduce drag, has an effect of reducing drag without an artificial device or energy supply.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 슬릿을 구비한 원통형 구조물의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물의 실험결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물의 실험결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물의 실험결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물의 실험결과를 나타낸 도면이다.1 is a perspective view of a cylindrical structure having a through hole according to an embodiment of the present invention to reduce drag.
2 is a front view of a cylindrical structure having a through hole according to an embodiment of the present invention to reduce drag.
3 is a view showing a cross-section of a cylindrical structure having a through hole according to an embodiment of the present invention to reduce drag.
4 is a view for explaining the principle of a cylindrical structure having a through hole according to an embodiment of the present invention to reduce drag.
5 is a view for explaining the principle of a cylindrical structure having a through hole according to an embodiment of the present invention to reduce drag.
6 is a front view of a cylindrical structure with slits.
7 is a view showing an experimental result of a cylindrical structure having a through hole according to an embodiment of the present invention to reduce drag.
8 is a view showing an experimental result of a cylindrical structure having a through hole according to an embodiment of the present invention to reduce drag.
9 is a view showing the experimental results of the cylindrical structure to reduce the drag by having a through hole according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing the experimental results of the cylindrical structure to reduce the drag by having a through hole according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Terms used in the present specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terminology used in the present invention was selected from the general terms that are currently widely used while considering the functions in the present invention, but this may vary according to the intention or precedent of a person skilled in the art or the appearance of new technologies. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meanings of the terms and the contents of the present invention, not simply the names of the terms.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. When a certain part of the specification “includes” a certain component, this means that other components may be further included instead of excluding the other component, unless specifically stated to the contrary.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals are given to similar parts throughout the specification.

본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.The problems to be solved for the present invention, the means for solving the problems, and specific matters including the effects of the invention are included in the following embodiments and drawings. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2를 참조하면, 원통(100) 및 상기 원통(100)에 다양한 각도로 구비된 관통홀(110)을 포함한다. 상기 관통홀(110)로 인해 상기 원통(100)의 박리점이 상기 관통홀(110)이 없는 원통에 비해 유체가 흐르는 방향으로 더욱 후단 측에 위치하게 된다. 따라서, 상기 관통홀(110)이 구비되어 상기 원통(110)이 받는 항력이 감소하게 된다.1 and 2, the cylinder 100 and the through-hole 110 provided at various angles to the cylinder 100 are included. Due to the through hole 110, the peeling point of the cylinder 100 is located at the rear end side in the direction in which the fluid flows compared to the cylinder without the through hole 110. Therefore, the through-hole 110 is provided to reduce the drag force received by the cylinder 110.

도 3을 참조하면, 상기 관통홀(110)은 상기 원통(100)의 길이방향을 기준으로 나선형으로 배치되어 있다. 따라서, 상기 원통(100)은 특정 방향에 구애 받지 않고, 모든 방향의 유체 유동에 대해 받는 항력이 감소하게 된다.Referring to FIG. 3, the through holes 110 are arranged in a spiral shape based on the longitudinal direction of the cylinder 100. Therefore, the cylinder 100 is not limited to a specific direction, and the drag force applied to the fluid flow in all directions is reduced.

도 4를 참조하면, 일반적으로 홀이 없이 매끈한 원통에 있어서 유체가 진행하는 방향을 나타내고 있고, 검은색의 두 점은 유체가 떨어져 나가기 시작하는 지점인 박리점을 나타낸다. 상기 박리점 이후 유체입자가 떨어져 나가면서 역압력구배 때문에 역방향 속도가 발생하고, 소용돌이 형태의 후류가 발생한다. 이처럼 소용돌이 형태의 후류가 발생하면, 상기 원통(100)에 항력이 작용하게 된다.Referring to FIG. 4, in general, the direction in which the fluid proceeds in a smooth cylinder without a hole, and the two black dots indicate a peeling point, which is a point where the fluid starts to fall off. As the fluid particles fall after the peeling point, a reverse velocity occurs due to a reverse pressure gradient, and a vortex type wake occurs. When such a vortex type wake occurs, a drag force acts on the cylinder 100.

도 5를 참조하면, 도 4와 비교하여 상기 매끈한 원통과 달리 상기 원통(100)은 상기 관통홀(110)이 구비되어 있어, 유체의 흐름을 변화시킨다. 상기 박리점이 유체가 흐르는 방향으로 더 깊숙하게 형성되어, 상기 도 4의 매끈한 원통의 경우와 비교했을 때, 상기 매끈한 원통의 후류영역에 비하여 상기 관통홀(110)이 구비된 상기 원통(100)의 후류 영역이 감소됨을 알 수 있다. 이를 통하여 상기 원통(100)이 받는 항력을 감소시킬 수 있는 것이다.Referring to FIG. 5, compared to FIG. 4, unlike the smooth cylinder, the cylinder 100 is provided with the through hole 110 to change the flow of the fluid. The peeling point is formed deeper in the direction in which the fluid flows, and compared with the case of the smooth cylinder of FIG. 4, compared to the downstream region of the smooth cylinder, the cylinder 100 having the through hole 110 is provided. It can be seen that the wake region is reduced. Through this, the drag received by the cylinder 100 can be reduced.

상기 관통홀(110)은 직선이 아닌 곡선으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 관통홀(110)의 유동단면적은 유량에 따라 변경될 수 있다. 또한 상기 관통홀(100)의 단면은 원형 혹은 타원형 혹은 다각형으로 구비될 수 있다.The through hole 110 may be formed in a curved line rather than a straight line. In addition, the flow cross-sectional area of the through hole 110 may be changed according to the flow rate. In addition, the cross section of the through-hole 100 may be provided in a circular or elliptical or polygonal shape.

다음으로, 유체의 유량에 따라 상기 관통홀(110)의 직경과 상기 원통(100)의 단면의 직경과의 비율을 조절하여, 상기 원통(100)이 받는 항력을 효율적으로 감소시킨다. 또한, 유체가 흐르는 방향에 따라 상기 관통홀(110)의 간격을 조절하여, 상기 원통(100)이 받는 항력을 효율적으로 감소시킨다.Next, by adjusting the ratio of the diameter of the through-hole 110 and the diameter of the cross-section of the cylinder 100 according to the flow rate of the fluid, the drag force received by the cylinder 100 is effectively reduced. In addition, by adjusting the interval of the through-hole 110 according to the direction in which the fluid flows, the drag force received by the cylinder 100 is effectively reduced.

구체적으로, 상기 관통홀(110)의 직경은 상기 원통(100) 주위의 유량에 따라 상기 원통(100)의 직경에 대하여 0.15배 내지 0.3배로 제작되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 원통(100)의 직경에 대한 상기 관통홀(110)의 직경의 비율이 0.15 미만이면 상기 관통홀(110)의 직경이 좁아 상기 관통홀(110)을 통과한 유체의 유량이 적어지게 된다. 상기 유체의 유량이 적어지게 되면, 상기 원통(100)을 지나간 뒤 발생하는 상기 유체의 후류의 위치가 상기 원통(100)의 단면에서 상기 유체의 유동방향을 기준으로, 상기 원통(100)에 가까이 형성되어 상기 원통이 받는 유동저항을 감소시키지 못하게 된다. 즉, 상기 유체의 유량이 적어서 상기 유체의 후류를 밀어내지 못하게 되는 것이다. 또한, 상기 원통(100)의 직경에 대한 상기 관통홀(110)의 직경의 비율이 0.3을 초과하면 상기 관통홀(110)의 직경이 넓어지게 된다. 상기 관통홀(110)의 직경이 넓어지게 되면, 상기 원통(100)의 박리점이 유체가 흐르는 방향으로 더욱 깊숙이 위치하지 않게 되는 문제점이 있다. 즉, 상기 관통홀(110)의 직경이 넓어지면, 상기 원통(100)의 박리점이 유동저항을 최소화 하는 위치에서 벗어나게 되는 것이다. 따라서, 상기 원통(100)의 직경에 대한 상기 관통홀(110)의 직경의 비율은 0.15 내지 0.3일 때 가장 바람직하다고 볼 수 있다.Specifically, the diameter of the through-hole 110 is preferably made 0.15 to 0.3 times the diameter of the cylinder 100 according to the flow rate around the cylinder 100. At this time, if the ratio of the diameter of the through-hole 110 to the diameter of the cylinder 100 is less than 0.15, the diameter of the through-hole 110 is narrow, so that the flow rate of the fluid passing through the through-hole 110 is reduced. do. When the flow rate of the fluid decreases, the position of the wake of the fluid generated after passing through the cylinder 100 is closer to the cylinder 100 based on the flow direction of the fluid in the cross section of the cylinder 100. It is formed so that the flow resistance received by the cylinder cannot be reduced. That is, the flow rate of the fluid is small, and thus the downstream of the fluid cannot be pushed out. In addition, when the ratio of the diameter of the through-hole 110 to the diameter of the cylinder 100 exceeds 0.3, the diameter of the through-hole 110 is widened. When the diameter of the through-hole 110 is increased, there is a problem that the peeling point of the cylinder 100 is not located deeper in the direction in which the fluid flows. That is, when the diameter of the through hole 110 is increased, the peeling point of the cylinder 100 is deviated from the position to minimize the flow resistance. Therefore, the ratio of the diameter of the through-hole 110 to the diameter of the cylinder 100 can be regarded as most preferable when it is 0.15 to 0.3.

그리고, 상기 원통(100)의 외주면을 따라 벌어진 상기 관통홀(110)과 인접한 관통홀(110) 사이의 거리는 상기 관통홀(110)의 직경의 1.5배 내지 3배로 제작되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 원통(100)의 외주면을 따라 벌어진 상기 관통홀(110)과 인접한 관통홀 사이의 거리가 상기 관통홀(110)의 직경의 1.5배 미만이면 상기 관통홀(110)이 촘촘하게 다수개로 구비된다. 상기 관통홀(110)이 촘촘하게 다수개로 구비되면, 상기 원통(100)의 구조적 강도가 감소하게 되는 문제가 발생한다. 또한, 상기 원통(100)의 외주면을 따라 벌어진 상기 관통홀(110)과 인접한 관통홀(110) 사이의 거리가 상기 관통홀(110)의 직경의 3배를 초과하면 상기 관통홀(110)이 듬성듬성하게 소수개로 구비된다. 상기 관통홀(110)이 듬성듬성하게 소수개로 구비되면, 상기 관통홀(110)에 의한 상기 원통(100)이 받는 항력의 감소의 폭이 작아지는 문제점이 있다. 즉, 상기 관통홀(110)이 소수개로 구비되면, 상기 원통(100)의 박리점이 유동저항을 최소화 하는 위치에서 벗어나게 되는 것이다. 따라서, 상기 원통(100)의 외주면을 따라 벌어진 상기 관통홀(110)과 인접한 관통홀(110) 사이의 거리가 상기 관통홀(110)의 직경의 1.5배 내지 3배일 때 가장 바람직하다고 볼 수 있다.In addition, the distance between the through-hole 110 and the adjacent through-hole 110, which is spread along the outer circumferential surface of the cylinder 100, is preferably made from 1.5 to 3 times the diameter of the through-hole 110. Here, if the distance between the through-hole 110 and the adjacent through-holes along the outer circumferential surface of the cylinder 100 is less than 1.5 times the diameter of the through-hole 110, the through-hole 110 is densely provided in plurality. do. If the through-hole 110 is densely provided in plurality, a problem occurs in that the structural strength of the cylinder 100 is reduced. In addition, if the distance between the through-hole 110 and the adjacent through-hole 110 opened along the outer circumferential surface of the cylinder 100 exceeds 3 times the diameter of the through-hole 110, the through-hole 110 is It is prepared in small numbers. When the through-hole 110 is provided with a small number of dents, there is a problem in that the width of the decrease in drag received by the cylinder 100 by the through-hole 110 is reduced. That is, when the through hole 110 is provided in a small number, the peeling point of the cylinder 100 is deviated from the position to minimize the flow resistance. Therefore, it can be seen that the distance between the through-hole 110 and the adjacent through-hole 110 opened along the outer circumferential surface of the cylinder 100 is most preferable when it is 1.5 to 3 times the diameter of the through-hole 110. .

또한, 상기 관통홀(110)과 인접한 관통홀(110)의 각도는 상기 원통(100)의 단면의 중심을 기준으로 22.5°내지 25°로 제작되는 것이 바람직하다. 유동 박리를 지연시키는 상기 관통홀(110)의 위치는 상기 원통(100)의 단면중심과 유체의 유동방향을 기준으로 40°내지 65°사이이다. 즉, 상기 원통(100)의 단면중심과 유체의 유동방향이 이루는 각도가 25°내에 적어도 하나의 관통홀(110)이 존재해야 상기 원통(100)이 받는 항력을 감소시킬 수 있는 것이다. 또한, 상기 관통홀(110)과 인접한 관통홀(110)의 각도가 상기 원통(100)의 단면의 중심을 기준으로 22.5°미만이면, 상기 관통홀(110)이 촘촘하게 다수개로 구비된다. 상기 관통홀(110)이 촘촘하게 다수개로 구비되면, 상기 원통(100)의 구조적 강도가 감소하게 되는 문제가 발생한다. 따라서, 상기 관통홀(110)과 인접한 관통홀(110)의 각도는 상기 원통(100)의 단면의 중심을 기준으로 22.5°내지 25°일 때 가장 바람직하다고 볼 수 있다.In addition, the angle of the through hole 110 adjacent to the through hole 110 is preferably made of 22.5 ° to 25 ° based on the center of the cross section of the cylinder 100. The position of the through hole 110 that delays the flow separation is between 40 ° and 65 ° based on the center of the cross section of the cylinder 100 and the flow direction of the fluid. That is, at least one through hole 110 must exist within 25 ° of the angle between the center of the cross section of the cylinder 100 and the flow direction of the fluid to reduce the drag force received by the cylinder 100. In addition, if the angle of the through-hole 110 adjacent to the through-hole 110 is less than 22.5 ° based on the center of the cross-section of the cylinder 100, the through-hole 110 is densely provided in plurality. If the through-hole 110 is densely provided in plurality, a problem occurs in that the structural strength of the cylinder 100 is reduced. Therefore, it can be seen that the angle of the through hole 110 adjacent to the through hole 110 is most preferable when it is 22.5 ° to 25 ° based on the center of the cross section of the cylinder 100.

다음으로, 본 발명의 효과를 증명하는 실험방법과 그 실험결과에 대해 설명한다. 먼저, 비교를 위하여 상기 관통홀(110)이 없는 매끈한 원통으로 레이놀드수에 따른 항력계수를 측정한다. 그 결과는 하기되는 도 7과 같다.Next, an experimental method for proving the effect of the present invention and its experimental results will be described. First, for comparison, the drag coefficient according to the Reynolds number is measured with a smooth cylinder without the through hole 110. The results are shown in FIG. 7 described below.

다음으로, 본 발명과 같이 상기 관통홀(110)을 구비한 상기 원통(100)에 대하여, 유체의 유동방향과 상기 관통홀(110)이 이루는 각도가 0°인 경우의 레이놀드수에 따른 항력계수를 측정하였다. 실험에 사용된 상기 관통홀(110)을 구비한 상기 원통(100)의 상기 관통홀(110)과 인접한 관통홀(110)이 이루는 각은 상기 원통(100)의 단면 중심을 기준으로 22.5°이다. 그 결과는 하기되는 도 8과 같다.Next, with respect to the cylinder 100 having the through-hole 110 as in the present invention, the drag force according to the Reynolds number when the flow direction of the fluid and the angle formed by the through-hole 110 are 0 ° The count was measured. The angle formed by the through hole 110 adjacent to the through hole 110 of the cylinder 100 provided with the through hole 110 used in the experiment is 22.5 ° based on the center of the cross section of the cylinder 100. . The results are shown in FIG. 8 described below.

실험결과, 상기 관통홀(110)이 없는 매끈한 원통은 항력계수가 약 1.2 내지 1.35로 나타났고, 상기 관통홀(110)이 구비된 상기 원통(100)은 항력계수가 약 0.9 내지 1.15로 나타났다. 따라서, 상기 관통홀(110)이 구비된 상기 원통(100)이 상기 관통홀(110)이 없는 매끈한 원통보다 항력계수가 약 0.2 내지 0.3 정도 낮음을 알 수 있다.As a result of the experiment, the smooth cylinder without the through hole 110 showed a drag coefficient of about 1.2 to 1.35, and the cylinder 100 provided with the through hole 110 showed a drag coefficient of about 0.9 to 1.15. Accordingly, it can be seen that the cylinder 100 provided with the through-hole 110 has a drag coefficient of about 0.2 to 0.3 lower than that of the smooth cylinder without the through-hole 110.

다음으로, 본 발명의 전방향성 항력계수 절감을 입증하기 위하여 상기 관통홀(110)과 인접한 관통홀(110)을 상기 원통(100)의 길이방향을 축으로 5등분하여, 각각의 항력계수를 측정하였다. 즉, 상기 관통홀(110)과 인접한 관통홀(110)이 이루는 각이 상기 원통(100)의 단면 중심을 기준으로 22.5°이므로, 22.5°를 5등분 한 4.5°의 간격으로 측정하는 것이다. 따라서, 상기 원통(100)을 일정한 방향으로 4.5°씩 회전시키면서 측정하였다. 그 결과는 하기되는 도 9와 같다.Next, in order to demonstrate the reduction of the omni-directional drag coefficient of the present invention, the through-hole 110 and the through-hole 110 adjacent to each other are divided into 5 equal lengths of the cylinder 100 in the longitudinal direction, and each drag coefficient is measured. Did. That is, since the angle formed by the through-hole 110 and the adjacent through-hole 110 is 22.5 ° based on the center of the cross section of the cylinder 100, 22.5 ° is measured at an interval of 4.5 ° divided into five equal parts. Therefore, it was measured while rotating the cylinder 100 by 4.5 ° in a constant direction. The results are shown in Figure 9 below.

실험결과를 살표보면, 앞서 살펴본 도 8과 같이 상기 관통홀(110)을 구비한 상기 원통(100)의 항력계수는 0.9 내지 1.15로 나타난다. 즉, 상기 관통홀(110)을 구비한 상기 원통(100)에 대하여, 유체의 유동방향과 상기 관통홀(110)이 이루는 각도가 0°일 때 측정한 항력계수와 상기 관통홀(110)을 구비한 상기 원통(100)을 길이방향을 축으로 4.5°씩 회전하여 측정한 항력계수가 큰 차이를 보이지 않는 것이다.Looking at the results of the experiment, as shown in FIG. 8, the drag coefficient of the cylinder 100 having the through hole 110 is 0.9 to 1.15. That is, with respect to the cylinder 100 having the through-hole 110, the drag coefficient and the through-hole 110 measured when the flow direction of the fluid and the angle formed by the through-hole 110 are 0 °. It does not show a large difference in drag coefficient measured by rotating the cylinder 100 provided by 4.5 ° along the longitudinal direction.

따라서 실험결과, 상기 관통홀(110)을 구비한 상기 원통(100)의 경우, 각도에 관계없이 레이놀드수에 따른 항력계수가 거의 일정함을 알 수 있다. 즉 상기 관통홀(110)을 구비한 상기 원통(100)은 모든 방향에서의 유체의 유동에 대해 항력계수를 감소시키는 것이다.Therefore, as a result of the experiment, it can be seen that in the case of the cylinder 100 having the through hole 110, the drag coefficient according to the Reynolds number is almost constant regardless of the angle. That is, the cylinder 100 provided with the through-hole 110 is to reduce the drag coefficient for the flow of fluid in all directions.

다음으로, 도 6과 같이 슬릿(120)을 구비한 원통(100)과의 항력계수를 비교하기 위하여, 레이놀드수를 110,000으로 고정하고, 유체의 유동방향에 따른 항력계수의 변화를 측정하였다. 그 결과는 하기되는 도 10과 같다.Next, to compare the drag coefficient with the cylinder 100 equipped with the slit 120 as shown in FIG. 6, the Reynolds number was fixed at 110,000, and the change in drag coefficient according to the flow direction of the fluid was measured. The results are shown in FIG. 10 described below.

실험결과, 상기 슬릿(120)을 구비한 원통의 경우, 유체의 유동방향과 상기 슬릿(120)이 이루는 각도가 0°일 때는 상기 관통홀(110)을 구비한 원통(100)과 비교하여 항력계수가 더 낮다. 그러나, 상기 유체의 유동방향과 상기 슬릿(120)이 이루는 각도가 증가함에 따라, 상기 슬릿(120)을 구비한 원통은 상기 관통홀(110)을 구비한 원통(100)에 비해 항력계수가 높아짐을 알 수 있다.As a result of the experiment, in the case of the cylinder provided with the slit 120, when the flow direction of the fluid and the angle formed by the slit 120 are 0 °, the drag force is compared to the cylinder 100 provided with the through hole 110. The coefficient is lower. However, as the flow direction of the fluid and the angle formed by the slit 120 increase, the cylinder with the slit 120 increases in drag coefficient compared to the cylinder 100 with the through hole 110. Can be seen.

실험결과에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 상기 관통홀(110)을 구비한 원통(100)은, 다른 원통에 비해 상기 원통(100)이 받는 유체의 저항을 감소시킬 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명에서 상기 관통홀(110)을 일정 각도로 돌려가면서 높이방향을 기준으로 나선형으로 구성하여, 유체가 지날 때 후류 구조의 변화, 유동 흡입 및 배출에 의한 유동 박리점 지연과정을 모두 겪으면서 상기 원통(100)이 받는 항력이 감소하게 된다. 또한, 나선형 구조로 생성된 상기 관통홀(110)은 특정 방향에 구애 받지 않고, 모든 방향의 유체 유동에 항력을 감소시킬 수 있다. 일례로, 본 발명은 풍력발전기에서 활용될 수 있으며, 유체의 저항을 감소시켜야 하는 모든 부재에 적용가능하다.As can be seen from the experimental results, the cylinder 100 provided with the through-hole 110 according to the present invention is capable of reducing the resistance of the fluid received by the cylinder 100 compared to other cylinders. Therefore, in the present invention, the through-hole 110 is configured to be helical based on the height direction while rotating at a certain angle to undergo a process of changing the wake structure and delaying the flow separation point due to flow suction and discharge when the fluid passes. While the drag received by the cylinder 100 is reduced. In addition, the through-hole 110 formed in a helical structure can reduce drag to fluid flow in all directions, regardless of a specific direction. In one example, the present invention can be utilized in wind turbines, and is applicable to all members that need to reduce the resistance of the fluid.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the technical configuration of the present invention described above can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로써 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and It should be construed that any altered or modified form derived from the equivalent concept is included in the scope of the present invention.

100 : 원통
110 : 관통홀
120 : 슬릿100: cylinder
110: through hole
120: slit

Claims (5)

원통; 및
상기 원통에 구비되는 관통홀;을 포함하며,
상기 원통의 박리점이 상기 관통홀이 없는 매끈한 원통에 비해 유체가 흐르는 방향으로 더욱 후단 측에 위치함으로써, 상기 원통이 받는 항력을 감소시키되,
상기 관통홀은, 복수개로 상기 원통의 높이방향을 기준으로 나선형으로 배치되고, 상기 관통홀의 직경은 상기 원통 주위의 유량에 따라 상기 원통의 직경에 대하여 0.15배 내지 0.3배로 제작되며, 상기 원통의 외주면을 따라 배치되는 상기 관통홀과 인접한 관통홀 사이의 거리는 상기 관통홀의 직경의 1.5배 내지 3배로 제작되고, 상기 관통홀과 인접한 관통홀의 각도는 상기 원통의 단면의 중심을 기준으로 22.5°내지 25°로 제작되는 것을 특징으로 하는 관통홀을 구비하여 항력을 감소시키는 원통형 구조물.cylinder; And
Including; through-hole provided in the cylinder,
The peeling point of the cylinder is located on the rear end side in the direction in which the fluid flows compared to the smooth cylinder without the through hole, thereby reducing the drag received by the cylinder,
The through-holes are arranged in a spiral with respect to the height direction of the cylinder in plural, the diameter of the through-hole is made 0.15 to 0.3 times the diameter of the cylinder according to the flow rate around the cylinder, and the outer peripheral surface of the cylinder The distance between the through-hole and the adjacent through-hole arranged along is made from 1.5 to 3 times the diameter of the through-hole, and the angle of the through-hole adjacent to the through-hole is 22.5 to 25 ° based on the center of the cross section of the cylinder. Cylindrical structure having a through-hole characterized in that it is made of reducing drag. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020180085614A 2018-03-20 2018-07-23 Cylindrical structure with penetration holes to reduce drag KR102098195B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20180032161 2018-03-20
KR1020180032161 2018-03-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190110413A KR20190110413A (en) 2019-09-30
KR102098195B1 true KR102098195B1 (en) 2020-04-07

Family

ID=68098307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180085614A KR102098195B1 (en) 2018-03-20 2018-07-23 Cylindrical structure with penetration holes to reduce drag

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102098195B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100791073B1 (en) 2006-08-16 2008-01-02 삼성전자주식회사 Exhaust pipe having turbulence wings and exhaust system
KR101065216B1 (en) 2010-05-24 2011-09-16 키밸브기술 주식회사 Anti-cavitation trim of hole array's plurality cage

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100476542B1 (en) 2001-03-29 2005-03-18 삼성중공업 주식회사 Method and device for diminish in drag by turbulent flow control of hull surface of ship
KR100544797B1 (en) * 2003-07-15 2006-01-26 재단법인서울대학교산학협력재단 Blowing and suction distribution system for drag and lift reduction and blowing and suction method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100791073B1 (en) 2006-08-16 2008-01-02 삼성전자주식회사 Exhaust pipe having turbulence wings and exhaust system
KR101065216B1 (en) 2010-05-24 2011-09-16 키밸브기술 주식회사 Anti-cavitation trim of hole array's plurality cage

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Erhan Firat, Gokturk M. Ozkan, Huseyin Akilli. PIV measurements in the near wakes of hollow cylinders with holes. Experiments in Fluids. 2017, 58:39. 1부.*
Xu-Dong Shi, Li-Hao Feng. Control of flow around a circular cylinder by bleed near the separation points. Experiments in Fluids. 2015, 56:214.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190110413A (en) 2019-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6880476B2 (en) Recesses on a surface
US8210482B2 (en) Prismatic-shaped vortex generators
KR100743762B1 (en) A self-adaptive vacuum gripping system
EP2988856B1 (en) Fluid flow nozzle
AU2002230309A1 (en) Recesses on a surface
US8950431B2 (en) Fluid flow control device
DE102005016570A1 (en) Fluid flow body e.g. wings, for airplane, has throttle nozzles comprising throttle section with inner wall that is designed, such that nozzle diameter/discharge cross-section is reduced due to turbulence formation in wall
KR102098195B1 (en) Cylindrical structure with penetration holes to reduce drag
US9631648B2 (en) Flow body with low-friction surface structure
EP3165454A1 (en) Panels comprising uneven edge patterns for reducing boundary layer separation
RU2741843C2 (en) Spacer with increased head pressure
DE112015002311B4 (en) Device for generating a swirled fluid flow
US10851817B2 (en) Body provided with a superficial area adapted to reduce drag
US6305399B1 (en) Method for reducing dissipation rate of fluid ejected into boundary layer
US6435214B2 (en) Apparatus for reducing dissipation rate of fluid ejected into boundary layer
US11865556B2 (en) Out-of-plane curved fluidic oscillator
CA2525680A1 (en) Double cone for generation of a pressure difference
US6357464B2 (en) Method for reducing dissipation rate of fluid ejected into boundary layer
EP1704333B1 (en) Method and apparatus for transverse distribution of a flowing medium
WO2015162254A1 (en) Supersonic misssile and method for reducing the wave drag of such a missile
KR102473022B1 (en) Exhaust gas guiding device for a construction machine
US6349734B1 (en) Method for reducing dissipation rate of fluid ejected into boundary layer
US20200116160A1 (en) Fan blade unit and fan impeller structure thereof
EP0244335B1 (en) Diffuser
CN116006508A (en) Centrifugal fan with tapered and gradually-expanding blades with unevenly distributed front edges

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant