• 설비공학논문집
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• 제8권3호
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• pp.375-385
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• 1996

Turbulent flow and heat transfer characteristics around staggered tube banks were studied using the 3-D Navier-Stokes equations and energy equation governing a steady incompressible flow, which were reformulated in a non-orthogonal coordinate system with cartesian velocity components and discretized by the finite volume method with a non-staggered variable arrangement. The predicted turbulent kinetic energy using RNG $k-{\varepsilon}$ model was lower than that of standard $k-{\varepsilon}$ model but showed same result for mean flow field quantities. The prediction of the skin friction coefficient using RNG $k-{\varepsilon}$ model showed better trend with experimental data than standard $k-{\varepsilon}$ model result. The inclined flow showed higher velocity and skin friction coefficient than transverse flow because of extra strain rate ($\frac{{\partial}w}{{\partial}y}$). Also, this was why the inclined flow showed higher local heat transfer coefficient than the transverse flow.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.566-570
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• 2012

본 연구에서는 비선형 k-$\varepsilon$ 모형을 이용하여 직사각형 개수로에서 평균흐름과 난류구조를 모의하였다. 표준 k-$\varepsilon$ 난류모형은 난류의 등방성을 가정하여 국부적 평형상태에서 계산하기 때문에 유선에 따른 레이놀즈 응력의 변형이 큰 경우나 이방성이 강한 경우 이를 계산하지 못한다. 이를 보완하기 위하여 제시된 것이 비선형 k-$\varepsilon$ 난류모형이다. 본 연구에서는 표준 k-$\varepsilon$ 모형과 비선형 k-$\varepsilon$ 모형에 의한 모의결과를 비교하였다. 난류모형을 검증하기 위하여 직사각형 개수로에 흐름을 완전 발달된 등류로 가정하여 해석하였다. 지배방정식을 해석하기 위해 Patankar와 Spalding (1972)이 제시한 SIMPLER 알고리즘을 사용하였고 유한체적법을 이용하여 이산화하고 엇갈린 격자체계를 사용하여 계산에서 발생하는 과도한 진동을 줄였다. 또한 차분기법은 Patankar (1980)가 제시한 Power-law 기법을 채택하였으며 경계조건으로 2층 벽법칙 모형과 Hossain과 Rodi (1993)의 모형을 이용하였다. 두 모형의 적용성을 검증하기 위하여 실측자료를 이용하여 비교하였고 그 결과 비선형 k-$\varepsilon$ 모형이 표준 k-$\varepsilon$ 모형에 비해 좀 더 실측지에 가깝게 모의하는 것을 볼 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권4호
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• pp.349-360
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• 2012

본 연구에서는 3차원 점성 흐름에 적용될 수 있는 비정수압 자유수면 모형을 수평방향 직교 곡선좌표계에서 개발하였다. 개발된 수치모형은 엇갈린 격자를 사용함으로써 발생되는 자유수면에서의 경계조건 종결 문제를 수면층 방정식을 도입하여 해결하였으며, 난류의 유동 해석을 위한 폐합식으로 등방성의 k-${\varepsilon}$ 난류모형을 이용하였다. 본 연구에서 운동량방정식은 이송-확산항만으로 중간단계의 유속을 예측하고, 압력 및 중력을 포함하는 생성항과 연속방정식을 결합하여 다음 시간단계의 유동장을 결정하는 계산 단계 분리법을 이용하였다. 수치모형의 적용성 평가를 위하여 폐쇄된 2차원 수조에서의 취송류, 급경사를 가지는 2차원 수로에서의 흐름, 원심력에 의한 이차류 흐름특성 분석을 위한 3차원 급변 만곡류에 대한 모의를 실시하였다. 수치모의 예측치는 수리모형 실험값과 수위, 유속, 난류특성 등에서 일치하는 양상을 보이는 것이 확인되었다.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2006년도 공동학술대회 논문집
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• pp.181-186
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• 2006

본 논문에서는 지진파 역행 전파를 이용하여 지진원을 영상화 하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 시간 역행 전파는 파동 방정식의 시간 반전의 불변성과 상반정리로 설명할 수 있으며 파동의 시간 역행 전파는 의학적인 목적을 비롯한 비파괴 검사, 그리고 탄성파 파형 역산에 사용되어 매질을 영상화 하는데 활용되고 있다. 지진 관측소에서 관측된 지진파형은 지진원으로부터 방출된 에너지를 기록한 것이다. 이를 시간의 역순으로 매질로 전파시키면, 지진으로부터 전파되었던 에너지가 진원시각의 지진원 위치에 집중하게 되어 지진원을 영상화 시키는 원리이다. 본 연구에서는 3차원 지진파 전파의 수치 모의를 위해 엇갈린 격자 유한 차분법과 병렬 처리 기법을 이용하여 탄성 매질에서의 파동방정식의 해를 구하였다. 수치모의 결과로부터 지진파 역행 전파를 이용해 지진의 시공간적 발생양상을 살펴볼 수 있음을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.335-344
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• 2011

곡면의 경계를 가지는 수로에서 비선형 파랑의 상호작용을 모의하기 위한 비정수압 자유수면 모형이 개발되었다. 제안된 모형은 비선형의 3차원 Navier-Stokes 방정식을 곡선좌표 영역에서 계산단계 분리법의 일종인 압력수정법에 의하여 수치적으로 해석된다. 특히, 연직방향으로 변형된 형태의 엇갈린 격자를 이용하여 상대적으로 간단하게 압력방정식과 자유수면 경계조건을 구성하였다. 개발된 모형의 수치해석 정확도는 2차원의 수치 파수조에서 파랑의 비선형 정도에 대하여 5차의 스토스우크스 해석해와 비교하였다. 본 모형의 실제적 적용은 원형의 수로에서 회절과 반사에 의해 변형되는 비선형 파의 변형에 초점을 맞추어 수행하였다. 두개의 파를 중첩한 고비선형의 파에 대한 경우를 제외하고 수치해석 결과는 비선형적인 영향을 고려하지 않은 해석해의 선형적인 중첩과 일치하였다. 두개의 파를 중첩한 고비선형의 파에 대한 모의를 통하여 본 모형은 원형의 수로에서 비선형 군파의 변형에관한 수치적인 모의 가능성을 제시하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제14권1호
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• pp.98-104
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• 2011

탐사 지구물리학에서 수치 모사는 지하매질에서의 탄성파 전파 현상을 이해하는데 중요한 통찰력을 제공한다. 탄성파 모사는 음향파 근사에 의한 수치 모사보다 계산시간이 많이 소요되지만 전단응력 성분을 포함하여 보다 현실적인 파동의 모사를 가능하게 한다. 그러므로 탄성파 모사는 탄성체의 반응을 탐사하는데 적합하다고 할 수 있다. 계산 시간이 길다는 단점을 극복하기 위해 본 논문에서는 그래픽 프로세서(GPU)를 이용하여 탄성파 수치 모사 시간을 단축하고자 하였다. GPU는 많은 수의 프로세서와 광대역 메모리를 갖고 있기 때문에 병렬화된 계산 아카텍쳐에서 사용할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서 사용한 GPU 하드웨어는 NVIDIA Tesla C1060으로 240개의 프로세서로 구성되어 있으며 102 GB/s의 메모리 대역폭을 갖고 있다. NVIDIA에서 개발된 병렬계산 아카텍쳐인 CUDA를 사용할 수 있음에도 불구하고 계산효율을 상당히 향상시키기 위해서는 GPU 장치의 여러 가지 다양한 메모리의 사용과 계산 순서를 최적화해야만 한다. 본 연구에서는 GPU 시스템에서 시간영역 유한차분법을 이용하여 2차원과 3차원 탄성과 전파를 수치 모사하였다. 파동전파 모사에 가장 널리 사용되는 유한차분법 중의 하나인 엇갈린 격자기법을 채택하였다. 엇갈린 격자법은 지구물리학 분야에서 수치 모델링을 위해 사용하기에 충분한 정확도를 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서 제안한 모델링기법은 자료 접근 시간을 단축하기 위해 GPU 장치를 메모리 사용을 최적화하여 가능한 더 빠른 메모리를 사용한다. 이점이 GPU를 이용한 계산의 핵심 요소이다. 하나의 GPU 장치를 사용하고 메모리 사용을 최적화함으로써 단일 CPU를 이용할 경우보다 2차원 모사에서는 14배 이상, 3차원에서는 6배 이상 계산시간을 단축할 수 있었다. 세 개의 GPU를 사용한 경우에는 3차원 모사에서 계산효율을 10배 향상시킬 수 있었다.