본 연구에서는 이차원에서 비정상 비점성 유동해석을 위한 비정렬 동적 편자 기법을 개발하였다. 유동해석 기법은 시간에 대해 2차의 정확도를 갖는 내재적인 시간적분법을 사용하였으며, 격자중심의 유한 체적법과 Roe의 풍상차분법을 이용하여 공간에 대한 차분화를 하였다. 시간과 공간에 대한 정확도를 증가시키기 위해서는 해에 따라 원하는 위치에 격자점들을 임의로 추가할 수 있는 비정상 동적 적응격자 기법을 사용하였다. 이를 이용하여 이차원의 2자유도를 갖는 스프링 에어포일 시스템의 와류와의 간섭현상에 따른 공탄성적 변위를 예측하였다.
풍력 터빈은 복잡한 바람 조건에 노출되어 운용 되는 시스템으로서 경제성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 이러한 조건하에서 시스템에 작용하는 정확한 공력 하중 예측이 필요하다. 여러 조건 중에서도 요에러는 풍향이 수시로 바뀌기 때문에 피할 수 없는 비정상 유동 중에 하나이다. 본 연구에서는 이러한 요에러 발생시 공력 하중예측을 적절히 예측하기 위해서 와류 격자 기법을 기반으로 하는 비선형 와류 보정기법을 적용하였다. 비선형 와류 보정기법은 실속 이후의 공력 예측을 위해 기지의 공력 테이블을 이용하는 방법으로서 실속 이후의 공력 테이블 값의 양력과 와류 격자 기법에서의 양력 값이 일치하도록 순환(circulation)을 분포시키는 기법이다. 또한 요에러시에 발생할 수 있는 동적 실속을 계산하기 위해 Beddoes-Leishmen 동적 실속 모델을 비선형 와류 보정 기법에 적용하는 연구를 수행하였다. 요에러시 공력 하중 예측에 관한 수치해석 기법 연구의 적절성을 알아보기 위해 NREL-Phase VI Rotor 실험 결과와 비교 하였다. 그 결과 기존의 여타의 기법들과 비교하여 본 연구에서 제안한 기법의 적절성을 확인 할 수 있었다. 앞으로 본 연구를 바탕으로 다양한 비정상 공력 조건에 대한 풍력 블레이드의 공력 하중 해석에 대해 수행할 계획이다.
항공기 설계를 할 때에는 CFD를 이용한 해석 과정을 수반하는 것이 일반적이다. 그러나 CFD 해석은 많은 계산 시간과 비용이 소요되는데 동적 격자를 이용하면 다양한 모델의 해석 시 격자의 재구성 과정에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 공탄성 해석처럼 격자를 갱신하면서 해석을 수행하는 경우, 설계 모델의 최적화 과정과 같이 다양한 격자를 구성해야 하는 경우에 동적 격자를 사용하면 전체 해석 시간을 줄일 수 있으므로 효율적인 해석이 가능하다.
워게임모델에서 가상환경격자정보에 관한 개선과 구축기법을 연구하였다. 가상환경자료는 지상, 해상, 공중으로 구분하여 관리 및 운용한다. 가상환경자료는 지리정보와 지형형태정보로 구축 및 관리한다. 지리정보는 격자(Grid) 형태로서 격자위치좌표와 수심을 파일로 관리한다. 그 격자정보파일의 수심값을 이동가능대표값(GCV)으로 개선하고, 조석차가 심한지역에 대해서 동적가상환경구축기법을 제안하였다. 제안된 시스템 의 구현 및 시험을 통하여 동적 가상환경을 워게임모델에 적용이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
고분자 복합재료 제조방법의 하나인 수지이동성형의 충전공정을 모사하기 위한 수 치모사 코드를 개발하였다. 수지이동성형의 충정공정문제를 수학적 공식으로 표현하기 위하 여 비등방성 다공질체를 통과하는 유동에 대한 이론을 사용하였다. 과도상태로 진행하는 자 유표면의 동적 충전거동을 묘사하기 위하여 수치격자 생성을 포괄하는 경계적합 좌표계의 계산기법을 적용하였다. 이와 아울러 불규칙적인 구저와 다중으로 연결된 금형면의 충전모 사에 저합한 복합격자의 개념을 도입하였다. 복합격자들 간의 가상의 경계에 대해서는 검사 체적 기법을 이용하여 물질보존을 만족시켜 주었다. 임의의 금형 두께와 투과도를 가지는 다수의 금형면이 결합된 두 개의 입구를 지닌 금형을 대상으로 하여 몇가지 예를 시험해 보 았다. 수치모사의결과 복합격자의 개념을 도입한 수치모사 코드는 수지이동성형의 복잡한 충전공정을 보다 정교하게 모사하는데 응용될수 있음을 보여주었다.
경도상 $1/12^{\circ}$, 위도상 $l/15^{\circ}$의 해상도를 갖는 최병호(1990)의 2차원 황해 및 동중국해의 조석모형을 근간으로 하여 한반도 주변해역의 정밀수심 DB(최병호 등, 2002)를 기초입력으로 하여 격자세분화 기법과 서로 다른 격자체계하에서의 다른 계간시간간격을 사용하는 해안 및 하구역 모형으로의 개선을 통하여 모형의 효율성, 사용성 및 모형영역내의 세격자 영역의 위치적 이식성을 향상시킨 둥지형 동적결합 조식모형체계를 수립하였다. 수립된 모형체계의 타당성과 적용성을 입증하기 위하여 새만금 해역을 세밀격자로서 해상시킨 수치모형 실험을 실시하였으며, 모형의 계산치와 관측치의 비교를 통하여 만족할 만한 결과를 얻을 수 있었다. 수립된 체계는 황해와 동중국해 대륙붕해영역내에서 위치적 이식성이 용이한 조석예보체계로서 발전될 수 있다.
Transient aerodynamic response of an airfoil to a moving plane-flap is numerically investigated using the two-dimensional Euler equations with conservative Chimera grid method. A body moving relative to a stationary grid is treated by an overset grid bounded by a 'Dynamic Domain Dividing Line' which has an advantage for constructing a well-defined hole-cutting boundary. A conservative Chimera grid method with the dynamic domain-dividing line technique is applied and validated by solving the flowfield around a circular cylinder moving supersonic speed. The unsteady and transient characteristics of the flow solver are also examined by computations of an oscillating airfoil and a ramp pitching airfoil respectively. The transient aerodynamic behavior of an airfoil with a moving plane-flap is analyzed for various flow conditions such as deflecting rate of flap and free stream Mach number.
이 논문에서는 2 차원 실린더의 와류유발진동에 따른 Lock-in 현상에 대해 수치해석을 수행하였다. 실린더의 운동을 모사하기 위해 변형격자와 고정격자를 이용하였다. 스프링 상사기법을 이용하여 격자를 변형하였다. 격자수 및 시간 간격 등을 조절해 얻은 수렴된 수치해가 비교 및 검증에 사용되었다. 또한, 유체-구조 결합 방법들의 효율성과 정확도를 비교 검토하였다.
고체 로켓 모터의 추력 제어를 위한 핀틀 노즐에 대한 비정상 수치해석을 수행하였다. 비정상 수치해석 기법을 이용하여 핀틀의 위치 변화를 고려하였으며, 다양한 핀틀 형상의 동적 특성에 대한 연구를 수행하였다. 시간에 따른 핀틀의 위치 변화를 고려하기 위해 이동격자기법을 적용하였다. 다양한 형상의 핀틀에 대하여 핀틀의 이동에 따른 노즐 목의 위치 및 크기를 예측하였고, 수치해석 결과와 비교하였다. 그리고 엔진성능의 동특성을 관찰하기 위하여 비정상 수치해석을 통해 연소실 압력, 추력 등을 분석하였다.
오픈 소스 유체역학 소프트웨어인 OpenFOAM은 다양한 유체 흐름에 적용 가능한 프로그램들로 구성되어 있다. 이 중 interFoam은 밀도가 다른 두 유체(i.e., 물, 공기) 간의 경계를 추적하는 기법을 기반으로 한 프로그램으로, 파랑의 거동 모의에 주로 쓰이고 있다. 파생형 프로그램으로는 동격자(dynamic mesh) 및 중첩 격자 기법(overset grid method)을 interFoam에 추가한 overInterDyMFoam이 있다. 두 기법을 사용하면 각각 여러 영역에서 유체흐름과 다중 물체 간의 상호작용을 효율적으로 모의할 수 있다. 본 연구에서는 overInterDyMFoam을 사용하여 두 개 수문의 개방 움직임을 구현하고 생성된 파랑이 포말대(swash zone)에 접근하였을 때의 흐름 특성을 조사하였다. 수치모형실험 결과 수문 개방 속도가 댐 붕괴 파랑 흐름 전파속도에 영향을 미치는 사실을 발견하였다. 또한, 처오름과 처내림의 상호작용에 의한 난류 운동 특성을 조사하기 위해 수문 개방시간 간격을 0초~3초로 설정하였다. 수치모형실험 결과는 수리모형실험의 수면 변동 시계열과 속도 시계열 결과와 비교하여 모형의 정확성이 검증되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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