• 해양환경안전학회지
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• 제29권5호
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• pp.512-519
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• 2023

소음공해는 인간과 해양환경에 악영향을 끼치며, 선박과 해양구조물에서 발생하는 유동소음을 예측을 통해 소음에 대한 안전성을 평가하고 해양환경을 보존할 수 있다. 기존 수중구조 유동소음 해석기법은 전산유체역학과 FW-H음향상사식을 이용한 하이브리드법 기반이다. FW-H는 무한공간에서의 음향전파를 가정하여 소음해석을 수행하기 때문에 음파의 반사와 산란, 회절의 영향이 나타나는 근접장 해석이 제한적이다. 반면 격자볼츠만기법 기반의 직접법 유동소음해석을 수행하면 근접장 음향효과를 소음해석에 반영할 수 있다. 직접법 해석은 유동과 소음이 연성된 해석이 수행되고 구조경계에서의 반사와 회절, 유동에 의한 매질 불균일성에 따른 산란효과가 반영된다. 그간 격자볼츠만기법이 수중조건에서 수치적으로 불안정하여 수중환경에 적용이 불가능했다. 하지만 수중환경에서 사용할 수 있는 DM-TS 격자볼츠만기법 충돌연산자가 개발되어 수중으로 확장이 가능해졌다. 본 연구에서는 파이프내 원형구멍에 대하여 격자볼츠만기법 해석을 수행해 수중 유동소음해석이 가능함을 보였다. 격자볼츠만기법 해석을 통해 도출한 유동과 소음을 각각 실험과 비교하여 해석의 신뢰도를 확보하였다. 파이프내 유동소음에 의한 주요 압력 피크가 해석에 반영되었으며 이를 통해 격자볼츠만기법을 이용한 근접장 유동소음해석이 가능함을 확인했다.

• 해양환경안전학회지
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• 제26권6호
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• pp.742-750
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• 2020

선체 부가물에서 발생하는 유동소음은 자체소음 관점에서 소나의 성능과 직결되고, 추진기 및 방향타와 상호작용을 통해 2차 소음원을 야기해 근접장 범위의 엄밀한 분석이 요구된다. 하지만 유동소음 해석에 적용되는 기존의 음향상사법은 음향 신호의 전파를 직접 모사하지 않는 간접법에 해당해 회절, 반사, 산란 특성을 고려할 수 없으며, 근접장 해석이 제한적이다. 본 연구에서는 격자 볼츠만 기법을 적용해 수중환경 유동소음의 전파과정을 직접 모사하였다. 격자 볼츠만 기법은 분자의 충돌과 흐름 과정을 통해 유동소음을 해석하는 기법으로, 압축성과 낮은 소산율, 낮은 분산율의 특성을 가지고 있어 소음해석에 적합하다. 선체 부가물 형상을 대상으로 RANS 해석을 통해 유동소음원을 도출하고, 유동-음향 경계면을 적용한 격자 볼츠만 기법으로 유동소음의 전파과정을 직접적으로 모사했다. 도출된 결과를 수음점의 위치에 따라 FW-H 결과 및 유체동압력 결과와 비교를 통해 근접장에서 타 기법 대비 격자 볼츠만 기법의 유용성을 확인했다.

• 한국가시화정보학회지
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• 제18권3호
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• pp.42-51
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• 2020

This study performs a numerical simulation of lid driven rectangular cavity flow with different aspect ratios of k = 0.5 to 4 under Reynolds 100, 1,000, 10,000 by using multi-relaxation time (MRT) Lattice Boltzmann Method (LBM). In order to achieve better convergence, well-posed boundary conditions in the domain should be defined such as no-slip condition on side and bottom solid wall surfaces and uniform horizontal velocity on the top of the cavity. This study focuses on the flow inside different shape of rectangular cavity with the aim to observe the effect of the Reynolds number and aspect ratio on the flow characteristics and primary/secondary vortex formation. In order to validate the study, the results have been compared with existing works. The result shows that the Reynolds number and the aspect ratio both has substantial effects on the flow inside the lid-driven rectangular cavity.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.12-18
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• 2012

The Lattice Boltzmann Method has developed for solving the Boltzmann equation in Cartesian domains containing immersed boundaries of arbitrary geometrical complexity moving with prescribed kinematics. When a immersed boundaries are sweeping the fixed fluid node, refilling the node information in a vicinity of fluid nodes is one of the important issues in Lattice Boltzmann Method. In this study, we propose a simple refill algorithm for the particle distribution function based on a proper velocity, density and strain rate to enhance accuracy and stability of the method. The refill scheme based on a asymptotic analysis of LBGK model has improved accuracy than interpolation schemes. The proposed scheme in this study is validated by the simulations of an impulsively started rotating circular cylinder to investigate adaptability for fluid-structure interaction (FSI) problem. This refill scheme has improved stability and accuracy especially at high Reynolds number region.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권8호
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• pp.677-682
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• 2015

격자 볼츠만 기법(Lattice Boltzmann method)을 사용하여 에멀전의 유변학적 특성을 파악하기 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 간단한 전단 유동하에서 온도와 전단속도, 계면장력에 변화를 주어 에멀전(decane-in-water)의 상대점도를 계산하고 이를 분석하였다. 에멀전의 상대점도는 온도가 증가함에 따라 감소하였고, 전단속도가 증가함에 따라 감소하는 전단박하(Shear thinning) 현상을 보여주었다. 이는 크로스 모델(Cross model)을 통해 검증하였고 일치하는 경향을 보여주었다. 계면에 존재하는 계면활성제(Surfactant)를 통해 제어되는 계면장력이 증가할수록 상대점도는 감소하는 경향을 보여주었다. 이것은 큰 계면장력에서는 기름방울의 변형이 억제되고 점도가 상대적으로 높은 기름방울의 표면적이 감소하면서 나타난다고 해석할 수 있다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제15권4호
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• pp.273-280
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• 2012

전산유체역학의 격자볼츠만법은 Navier-Stokes방정식의 시뮬레이션 기법 보다 비교적 간략한 이산화 방식으로 인하여 공학적 응용성을 더욱 넓혀 가고 있다. 본 논문에서는 단일 완화계수 및 D2Q9 방식으로 중력장하에서 액체영역에서의 다이나믹스만 계산하는 자유수면 시뮬레이션을 수행하였으며, 그 활용성을 검증하였다. 자유표면의 재구성방법, 분포함수의 조합으로 이루어진 경계조건, 표면장력, 중력장의 안정화, 격자의존성, 자유수면 끝단의 하단 벽면 이동 검증등을 수행하였으며, 그 결과치가 실험치의 데이터와 일치함을 보였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제22권1호
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• pp.103-109
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• 2017

The aerodynamic noise reduction of railway traction motor is required to satisfy new enhanced Korean noise regulations for a train. This paper is the study result on a noise reduction of a railway traction motor using Lattice Boltzmann Method(LBM). To verify the reliability of numerical analysis, the noise performance of the base model evaluated using LBM, and calculated result was compared with the experimental data. In addition, main noise sources were selected to design parameters through analyzing the flow field of the base model. Based on the noise sources analysis result, a design improvement model of traction motor for this study was derived to reduce the noise. The performance of a design improvement model was evaluated by applying a validated numerical scheme. As a result, it was confirmed that the noise was reduced due to the suppression of the internal turbulent flow components.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제26권2호
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• pp.181-186
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• 2022

포아즌 볼츠만 방정식 (Poisson-Boltzmann equation, PBE)은 생물물리, 콜로이드 화학 등에서 등장하는 문제들을 모델링하는데 사용되는 방정식이다. 따라서 PBE의 수치해를 효율적으로 예측하는 것은 중요한 이슈이다. 저자들은 기존의 연구에서 PBE를 풀기위한 딥러닝 방법을 제안하였으나, 딥러닝을 훈련하기 위한 샘플을 생성하는 시간이 컸다는 어려움이 있었다. 본 논문에서는 FEM 수치해를 생성하는데 걸리는 시간을 줄이는 두가지 방안을 마련하였다. 첫째로 대수 방정식을 만들 때 bilinar form에 포함되는 penalty 파라메터를 실험적으로 조정하였다. 두 번째로, 대수적멀티그리드 기법을 활용하여 대수 방정식의 컨디션 넘버를 meshsize와 무관하게 만들었다. 따라서 PBE 방정식의 대수 방정식을 풀 때 계산 시간을 효과적으로 줄였다. 이러한 대수적 멀티그리드를 사용한 방법은 다양한 분야에서 딥러닝의 샘플을 생성하는데 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제19권2호
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• pp.49-57
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• 2014

In the present study, 2-D gas-kinetic flow solver on unstructured meshes was developed for flows from continuum to transitional regimes. The gas-kinetic BGK scheme is based on numerical solutions of the BGK simplification of the Boltzmann transport equation. In the initial reconstruction, the unstructured version of the linear interpolation is applied to compute left and right states along a cell interface. In the gas evolution step, the numerical fluxes are computed from the evaluation of the time-dependent gas distribution function around a cell interface. Two-dimensional compressible flow calculations were performed to verify the accuracy and robustness of the current gas-kinetic approach. Gas-kinetic BGK scheme was successfully applied to two-dimensional steady and unsteady flow simulations with strong contact discontinuities. Exemplary hypersonic viscous simulations have been conducted to analyze the performances of the gas-kinetic scheme. The computed results show fair agreement with other standard particle-based approaches for both continuum part and transitional part.

• 한국전산유체공학회지
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• 제19권3호
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• pp.77-84
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• 2014

The lattice Boltzmann (LB) method has been used to simulate rarefied gas flows in a micro-system as an alternative tool. However, previous results were mainly focused on a simple geometry with flat walls because the LB method is modeled on uniform Cartesian lattices. When previous boundary conditions for the microflows are applied to curved walls, the use of them requires approximation of the curved boundary by a series of stair steps, and introduces additional errors. For macroflows, no-slip curved wall boundary treatments have been developed remarkably in order to overcome these limits. However, the investigations for the slip curved wall boundary have rarely been performed for microflows. In this work, a curved boundary treatment of the LB method for a slip flow has been introduced. The results of the LB method for 2D microchannel and 3D microtube flows are in excellent agreement with the analytical solutions.