자유낙하 하는 구(sphere)의 FSI 해석
 
 
*자유낙하하는 구의 종단속도 및 종단항력 수치해석

*Dynamic AMR(Adaptive Mesh Refinement) grid: each block has 8*8*8 grids

*density of sphere=171 kg/m^3, density of fluid=1 kg/m^3, viscosity of fluid=100 kg/(ms).

 
 
 
자유낙하 하는 구를 대상으로 종단 속도와 종단 항력을 이론값과 비교해 보았다. 낮은 속도에서 구에 작용하는 항력은 Stokes Law를 통해 계산할 수 있으며, 이 힘은 구에 작용하는 힘의 크기와 균형을 이루게 된다. 점성계수 100.0 kg/(ms), 밀도 1kg/m^3인 가상의 유체 속에서 밀도 171.0 kg/m^3 인 구를 자유 낙하하면서 구의 속도와 항력을 계산해 보았다. 계산 초기에는 구 주위에만 조밀한 블럭을 배치하였고, 구와 멀리 떨어진 구역에는 성긴 블럭을 배치하여 총 480개의 블럭을 사용하였다. 각 블럭은 각 방향으로 8개의 격자들로 구성된다. 본 계산에 사용된 dt는 0.0001초이고, 중력가속도의 크기는 9.81m/s^2이다. 종단 속도의 99%에 도달하는 이론적인 시간은 0.44초 이며, 그 때의 이론 속도는 0.917m/s이다. 본 연구에서는 0.44초에서의 구의 속도가 0.905 m/s로 약 1.3%의 오차로 이론값과 잘 일치하는 것을 확인할 수 있다. 또한 항력의 크기도 이론값과 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다.