• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.163.1-163.1
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• 2013

플라즈마 시뮬레이션을 수행하기 전에 현 컴퓨터의 계산 능력범위 내에서 물리적으로 타당하게 설명할 수 있는 수치 해석 방법을 먼저 정한다. 예를 들면, 가스 반응이 많고 각 가스 반응 중에 중요가스 반응을 빠르고 선택적으로 선별하고자 할 때, 혹은 외부 입력 변화에 따른 플라즈마 종의 온도 또는 밀도를 대략적으로 파악하고자 할 때는 공간적인 분포를 고려하지 않는 0차원 global 모델링을 이용한다. 압력이 높고 충돌이 빈번한 경우에는 플라즈마를 유체적인 관점에서 기술이 가능하므로, 볼츠만 방정식에서 속도에 관한 0차, 1차, 2차 모멘텀을 이용하여 유도된 유체 방정식을 이용한다. 반대로 압력이 낮고 충돌이 거의 없는 경우에는 플라즈마 입자를 개별적으로 추적하는 입자 전산 모사 방법을 이용한다. 지금까지는 앞에서 언급한 예와 같이, 개별 플라즈마 상태에 맞는 시뮬레이션 코드를 각각 만들어야 했고, 각 코드를 개별적으로 유지 보수해야 했다. 하지만, 개별적으로 코드를 유지 보수를 해야 할 경우에는, 동일한 기능을 하는 함수를 반복적으로 각 코드에 입력해야 하는 불편함이 따르고, 각 수치해석 방법의 장점을 모은 하이브리드 방법과 같은 전사모사를 개발할 때 각 기능을 통합해야 하는 어려움이 따른다. 또한 지금까지 개발된 대부분의 플라즈마 코드는 외부 입력에 대해 유연하지 못한 대처로 새로운 가스 반응을 추가하거나 새로운 수치해석 방법을 추가할 경우에는 코드를 전체적으로 수정해야 하는 어려움이 있었다. 따라서 코드를 통합적으로 관리할 수 있고, 외부 입력에 대해 유연하게 대처할 수 있는 시뮬레이터가 필요했다. 여기에서는 객체 지향 언어인 C++ 언어를 이용하여, 사용자 입력에 대해 유연하게 대처할 수 있고, 복잡한 화학 반응을 특정 수치 해석 방법에 상관없이 통합적으로 관리할 수 있는 코드를 개발하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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• 2023.01a
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• pp.395-398
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• 2023

본 논문에서는 물리 기반 옷감 시뮬레이션과 SPH(Smoothed particle hydrodynamics) 기반의 유체 시뮬레이션 간의 상호작용에서 표현되는 다양한 물리적 효과를 GPU 기반으로 빠르게 표현할 수 있는 프레임워크를 제안한다. 기존 기법과는 다르게 수치적 안정성을 개선하기 위해 CCD(Continuous collision detection)를 활용하였으며, 모든 연산이 GPU에서 동작하기 때문에 매우 빠르게 옷감과 유체의 상호작용 장면인 다공성 재질, 기공 흐름, 흡수, 방사, 확산을 모델링할 수 있다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.2-5
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• 2011

최근 들어 수치해석법의 발달에 힘입어 과거에는 시도할 수 없었던 많은 현상에 대한 특성을 평가할 수 있게 되었다. 그중 전산유체역학(CFD)는 많은 공학 분야에 활발히 적용되고 있으며, 건축에서는 기체나 유체의 유동해석이 필요한 건축환경, 건축설비, 소방설비 분야에서 그 필요성 및 적용성이 널리 인식되었다. 건축분야에서 CFD해석의 또 다른 적용분야는 풍하중에 대한 영향을 평가하는 것이다. 이미 국내외에서 많은 연구와 실제 적용사례가 보고되고 있으며, 향후 더욱 활발한 적용이 예상된다. 본 논문에서는 CFD해석의 적용사례 및 해석과정에 대해서 소개를 통해, CFD해석에 대한 이해를 돕고자 한다.

• Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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• 2009.04a
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• pp.404-409
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• 2009

수직벽 화재 예측의 정확성을 확인하기 위하여 화재 시뮬레이션용 전산유체역학 모델인 Fire Dynamics Simulator를 프로필렌 수직벽 화재에 적용하였다. 단위면적당 연소율 $7.0{\sim}29.29g/m^2-s$에 대한 버너 중심에서 측정한 온도분포와 비교한 결과, 최고온도가 낮게 예측되는 것 외에는 실험과 잘 일치하였다. 또 연소율의 증가에 따라 경계측의 두께가 일관되게 증가하였다.

• Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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• 2006.10a
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• pp.143-147
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• 2006

자연 현상에서 나타나는 연기나 난류의 움직임을 사실적으로 시뮬레이션을 할 때 Navier-Stokes 방정식을 이용한다. 이 방정식을 이용한 구현은 방대한 연산량과 계산의 복잡성으로 인하여 실시간 시뮬레이션이 어렵다. 이 때문에 실시간 처리를 위하여 복잡한 수식을 근사화한다. 유체 시뮬레이션의 이류(advect) 과정에서 근사화를 위해 Semi-Lagrangian 방법을 이용할 때, 연기 시뮬레이션은 시간이 지남에 따라 밀도가 현저히 줄어들고 소규모의 소용돌이(small-scale vorticity) 현상이 급격히 감소하는 등의 수치적 소실이 발생한다. 본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위해 이류항(advection term)을 계산할 때 새로운 수치적 방법을 제안한다. 본 논문에서는 이류항의 값을 구할 때, 현재 격자 주변의 값 중에서 다음 단계에 현재 격자의 위치로 오는 속도를 가진 격자를 찾아, 그 격자의 속도를 이류 속도 벡터로 활용한다. 이는 밀도와 소용돌이 현상의 수치적 소실을 줄여서 사실성을 높이고 실시간 처리도 가능하게 한다. 또한 본 논문에서는 GPU 구현을 통해 벡터 연산 등의 효율성을 높이며 시뮬레이션의 속도를 향상시킨다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.213-213
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• 2011

본 논문에서 연구하고자 하는 팬은 대형 차량용 라디에이터 냉각팬으로써 수치해석을 통한 일반적인 팬의 성능 평가시 팬과 쉬라우드의 형상만을 이용하여 시뮬레이션 하지만 라디에이터를 거쳐 공기가 유입되는 실제 현상에 좀 더 가깝게 모사하고자 라디에이터의 압력 부하를 고려한 시뮬레이션을 수행하였고 기존 해석 결과와 비교하였다. 연구된 냉각팬은 쉬라우드의 전방에 라디에이터가 설치되며 라디에이터를 통하여 공기가 유입되기 때문에 라디에이터의 압력 부하에 따라 팬 성능에 영향을 준다. 라디에이터의 압력 부하 성능을 모사하기 위하여 쉬라우드 입구에 박스 형태로 라디에이터의 외부 크기를 모델링 한 후 수치해석 시 porous media model을 사용하여 풍속에 따른 압력 강하 곡선을 적용하였다. 수치해석에서 porous media model을 적용할 경우 실제적인 형상 모델링 없이도 실험으로부터 도출한 성능곡선을 조건으로 입력하여 실제 현상에 가까운 시뮬레이션을 할 수 있다. 그리고 팬 날개수 증가에 따른 해석을 수행하여, 날개수 변경에 따른 성능개선의 여지를 확인 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.231.1-231.1
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• 2014

열 플라즈마(thermal plasma) 는 저온 플라즈마(cold plasma)와 달리 이온과 전자와 중성입자들이 충분한 에너지 교환으로 인해 열평형 상태를 가진다. 열 플라즈마를 생성 시킬 때 전극 사이에서 아크방전을 시켜 제트 형태로 플라즈마를 발생시키는 것을 플라즈마 토치(plasma torch)라고 한다. 이러한 플라즈마 토치는 화학 원소 분해, 강판 절단, 유해 기체 분해 등으로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 토치를 수치적으로 해석하여 플라즈마의 특성을 알아보았다. 수치해석적 접근방법으로 열 플라즈마는 LTE (local thermodynamic equilibrium)을 가정하였으며 one-fluid 이론을 적용하였다. 이때 사용된 코드는 DCPTUN으로서 $C^{+}^{+}$로 작성된 열플라즈마 유동의 특성해석 코드인 동시에 SIMPLE 알고리즘을 이용한 유체 코드이다. 시뮬레이션은 2차원 축대칭이며 정렬격자계 및 비정렬격자계 모두에서 사용이 가능하도록 되어있다. 또한 맥스웰 방정식을 통해 electromagnetic field를 풀도록 하여 RF 시뮬레이션이 가능하도록 하였다. 이와 같은 열 플라즈마 시뮬레이션을 통해서 플라즈마 토치의 특성을 알아보았다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.34 no.1
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• pp.9-16
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• 2014

In recent years, the structural shock response to UNDEX (UNDerwater EXplosion) has been studied as much, or more, through numerical simulations than through testing for several reasons. Very high costs and sensitive environmental concerns have kept destructive underwater explosion testing to a minimum. Increase of simulation capabilities and sophisticated simulation tools has made numerical simulations more efficient analysis methods as well as more reliable testing aids. In this study, the main issue is the fluid-structure interaction. Here, appropriate relations between the acoustic pressure on the fluid surface and displacements on the structure surface are formed internally. The analysis was carried out using ABAQUS/Explicit and the results have been visualized in ABAQUS CAE. The shock loading history, acoustic pressure, stress of stand-off point, the velocity and strain energy time histories were presented.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 2009.04a
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• pp.208-214
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• 2009

지하 복수층 주차장은 도시의 밀집화 및 자동차의 급격한 증가로 인한 토지부족 및 주차난을 해소할 수 있는 좋은 방법이다. 하지만 인체유해 배출가스의 집중으로 환기의 중요성이 대두되는 추세에도 불구하고 실제로는 시공이 완료 된 후에나 오염도 측정이 가능하다. 이러한 이유로 CFD 시뮬레이션으로 시공이전의 지하 복수층 주차장의 공기오염도를 예측했다. CFD 시뮬레이션은 예산과 시간을 절감한 공기오염도 예측이 가능하다. 실제의 당산근린공원의 지하주차장을 대상으로 오염도를 예측했다. 급기에만 강제유동을 일으키는 2종과 배기에만 강제유동을 일으키는 3종 기계환기법, 그리고 급배기에 강제유동을 일으키는 1종기계환기법을 각각 적용하여 공기오염도를 계산했다. 지하1층과 지하2층의 입구 및 출구유속을 10, 15m/s로 하여 실내평균연령과 실내평균환기효율을 살펴보았다. 계산결과는 급기와 배기에 강제유동을 동시에 일으키는 1종 기계환기법의 값과 비교하였다.

• Journal of the Korea Computer Graphics Society
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• v.9 no.1
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• pp.1-2
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• 2003

본 논문에서는 액체와 기체가 상호작용 하는 현상들에 대한 새로운 유체 애니메이션 기법을 액체 속 공기방울의 예를 사용하여 제시한다. 기존의 자유표면 시뮬레이션 기법들과는 달리 액체와 기체를 함께 시뮬레이션 할 경우에는 기체의 유동과 액체의 유동을 동시에 다루어야 하며 비중 차에 의한 부력과 경계면에서의 표면장력 등을 추가적으로 고려해야 한다. 유체의 토폴로지 변화를 쉽게 다루면서도 수치적 분산을 막기 위하여 유체 역학 분야의 VOF (Volume of Fluid) 기법과 프론트 추적 (Front-tracking) 기법을 혼합하여 사용하였다. 액체와 기체의 경계면은 마칭 큐브즈 알고리즘을 사용하여 폴리곤으로 복원된 후 버텍스 쉐이더 기술들을 사용하여 액체-기체 경계면의 광학적인 특성을 표현할 수 있었다.