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[국내논문] 공개 라이브러리 기반 실내 공조 맞춤형 전산모사 시스템 개발
Customized Aerodynamic Simulation Framework for Indoor HVAC Using Open-Source Libraries 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.41 no.2 = no.377, 2017년, pp.135 - 143  

손일엽 (한국과학기술정보연구원 가상설계센터) ,  노현석 ((주)넥스트폼) ,  김재성 (한국과학기술정보연구원 가상설계센터)

초록
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밀폐된 공간내의 공조 문제에 있어서 실내의 기류 및 온도 특성을 전산유체역학기법을 통해 쉽게 예측할 수 있는 맞춤형 시뮬레이터를 개발하였다. 본 시스템에서는 사용자가 직접 해석 대상 평면도를 입력하고 적절한 경계조건을 설정하면 전산유동해석을 위한 계산 격자가 자동으로 생성되고 유한체적법으로 이산화된 공개 전산유체코드를 통해 주어진 공간내의 열유체 해석 결과를 얻게 된다. 초기 실내 평면도면 입력부터 경계조건 설정, 전산유동해석 결과까지 하나의 사용자 인터페이스 상에서 작업할 수 있으며 격자생성과 유동해석 알고리듬은 공개 라이브러리를 사용하여 구현하였다. 간단한 실험 데이터를 통해 해석결과를 검증하였으며 실제 실내 공조에 대한 기류해석을 통해 유동의 경향성을 파악할 수 있는 맞춤형 유동전산모사 시스템을 구성하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A customized CFD simulator to perform thermo-fluid dynamic simulations of an HVAC for an indoor space is presented. This simulation system has been developed for engineers studying architectural engineering, as the HVAC mechanical systems used in housings and buildings. Hence, all functions and opti...

Keyword

#환기공조   #전산유체역학   #오픈폼   #맞춤형 시뮬레이터  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구논문에서는 실내공조분야에 있어서 CFD 작업을 간소화할 수 있는 자동화 시스템에 대한 소개와 오픈라이브러리를 활용한 개발 내용 그리고 앞으로의 개발 진행 방향을 논의하고 본 시스템을 통해서 구현할 수 있는 유동 특성에 대해 논하고자 한다.
  • 공개 오픈소스 라이브러리를 활용하여 실내공간 내부의 기류 특성을 CFD를 통하여 구현하고 설계자들이 쉽게 CFD 기술을 사용할 수 있도록 전처리 및 유동해석을 하나의 단일 환경에서 수행할 수 있는 실내공조 맞춤형 CFD 자동화 프레임워크를 개발하였다. 본 연구를 통해 건축 설계 분야 뿐만 아니라 공조, 냉난방기기 제조분야에서도 활용할 수 있도록 평면 설계 데이터를 바로 사용할 수 있으며 실내의 기류 특성을 반영 할 수 있는 유동경계조건을 CFD의 기본적인 지식이 없이도 사용자가 쉽게 설정할 수 있는 인터페이스를 개발하였다. 소프트웨어 라이센스 비용을 줄이기 위해 현재 전세계적으로 많이 사용되고 있는 공개 전산유동해석 라이브러리인 OpenFOAM을 유동해석기로 채택하였고 2차원 평면 데이터를 직접 읽어 들이고 유동해석을 위한 격자를 자동으로 생성할 수 있도록 FEMM의 격자 생성 모듈을 사용하였다.
  • 향후 혼합 가스, 복사열, 물질 전달과 같은 CFD 모델을 추가하여 다양한 실내 공간에서의 유동 현상을 구현할 계획이다. 또한 작은 규모의 문제부터 HPC를 활용한 큰 규모의 문제까지 다룰 수 있는 다목적의 실내공조 CFD 시뮬레이터를 개발하고자 한다.

가설 설정

  • 공간 격자를 쉽게 생성하기 위해 바닥 평면과 천정이 동일하다고 가정하였다. 즉, 바닥 평면에서의 2차원 격자를 생성하고 천정의 높이를 사용자가 입력한 값으로 정하게 되면 바닥에 생성된 2차원 격자를 층층이 쌓아올려 3차원 격자로의 확장을 쉽게 수행하게 된다.
  • 455 m/s이다. 입구에 유입되는 공기의 온도는 20도씨이며 유동 영역내의 기류는 등온으로 가정하였다. 입구 난류 강도는 4%이며 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
공개 CFD 코드란 무엇인가? 공개 라이브러리 형태의 CFD 코드의 등장으로 상용 코드의 라이센스 비용을 절감하려는 노력이 최근 이루어지고 있다. 공개 CFD 코드란 일부 개발자 또는 개발 그룹이 source code를 공개하고 이를 자유롭게 사용할 수 있도록 허용한 것을 의미한다. 대표적인 것으로 OpenFOAM을 들 수 있는데(1,2) 최근 일부 국내 산업계에서 OpenFOAM을 활용하여 유동해석 문제를 해결하려는 시도를 하고 있으나 현재까지 실제 적용까지는 많은 노력이 필요하며 주로 기계, 화공, 조선 계열 학과의 대학원 연구실을 통해 OpenFOAM을 활용한 유동 해석 연구를 수행하고 있다.
실내공간의 경계조건을 통해 어떤 것을 결정하게 되는가? 3차원 공간 격자를 생성하기 전 실내공간의 경계조건(boundary condition)을 설정해야 한다. 이 경계 조건의 설정이 결국 실내 내부의 공조 패턴을 결정하며 사용자가 원하는 실내 환경에서의 조건을 정하게 된다. 예를 들어, 천정에 급기구또는 배기구가 설치되어 있거나 시스템 에어컨이 부착되어 있어 냉방의 효과를 극대화 할 수 있는 위치를 사전에 알고 싶다고 한다면 2차원 격자를 생성한 후에 에어컨이나 흡배기구의 위치를 대략적으로 사용자가 입력을 하고 각 공조 시스템의 유량 및 온도, 압력 조건을 입력한다.
초기에는 간단한 문제만 풀 수 있는 유동해석프로그램이 실제적인 문제를 다룰 수 있을 정도로 고도화 된 이유는 무엇인가? 수치해석기술면에서도 이전에는 복잡한 형상에서의 유동 현상을 구현해야하는 경우 정렬격자계(Structured Mesh) 기반에서는 수행하기 어려운 유동 해석도 비정렬격자계(Unstructured Mesh)에서의 지배 방정식 이산화 기법 개발 및 솔루션의 안정화가 이루어지면서 본격적으로 적용되기 시작하였다. 또한 다상유동, 연소, 공력소음, 회전체 내부에서의 유동, 동적격자, 압축성 유동과 같은 다양한 유동 현상을 모사할 수 있는 수치해석 기법들이 개발되어 초기에는 간단한 문제만을 풀 수 있는 유동해석프로그램이 차츰 실제적인 문제를 다룰수 있을 정도로 고도화되었다. 실제 공학 문제를 다루게 되었을 때 소요되는 많은 수의 계산 격자와 다양한 지배 방정식 및 수학적인 모델링을 사용하여 계산하다 보니 계산시간이 자연스럽게 늘어나게 되었고 늘어난 계산시간은 CFD의 장점중 하나인 개발 시간의 단축면에서 하나의 위협이 되었으나 이는 코드 병렬화 기술과 CPU의 성능 발달에 의해 어느 정도 해소가 되었다.
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참고문헌 (14)

  1. Park, J. K. and Kang, K. H., 2010, "Review on OpenFOAM - An Open Source Software," Journal of Computational Fluids Engineering, Vol. 15. No. 3, pp. 46-53. 

  2. Kim, T., Oh, S. and Yee, K., 2011, "Verification of the Open Source Code, OpenFOAM to the External Flows," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 39, No. 8, pp. 702-710. 

    원문보기 상세보기 crossref

  3. Sohn, I. and Hwang, J., 2015, "Trend of Computational Thermo-Fluids Analysis and Applications of Supercomputing CFD," CAD/CAM Review, Vol. 21, No. 1, pp. 53-59. 

  4. Li, Y. and Nielsen, P. V., 2011, "Commemorating 20 Years of Indoor Air: CFD and Ventilation Research," Indoor Air, Vol. 21, No. 6, pp. 442-453. 

    상세보기 crossref

  5. Awbi, H. W., 1989, "Application of Computational Fluid Dynamics in Room Ventilation," Building and Environment, Vol. 24, No. 1, pp. 73-84. 

    상세보기 crossref

  6. Yi, J., Allocca, C. and Chen, Q., 2004, "Validation of CFD Simulations for Natural Ventilation," International Journal of Ventilation, Vol. 2, No. 4, pp. 359-370. 

    상세보기 crossref

  7. Meroney, R. N., 2009, "CFD Prediction of Airflow in Buildings for Natural Ventilation," 11th Americas Conference on Wind Engineering, June 22-26, 2009, San Juan, Puerto Rico. 

  8. Kim, M. S., 2009, Study on the Effect of Locations of Supply/Exhaust Diffusers and Supply Air Angle on Ventilation Performance and Indoor Thermal Environment, Master thesis, Department of Energy System Engineering, Seoul National University of Science and Technology. 

  9. On, H., 2009, A Numerical Study on the Performance of an Air Purifier for Toxic Gas Removal, Master thesis, Division of Mechanical Engineering, KAIST. 

  10. Sohn, I., Roh, H. and Kim, J., 2015, "Development of Custimized CFD Simulator for a Room HVAC," Proceedings of the KSME 2015 Annual Meeting, Nov. 10-14, Jeju, Korea. 

  11. Baukal Jr., C. E., Gershtein, V. Y. and Li, X., Computational Fluid Dynamics in Industrial Combustion, CRC Press, Boca Raton, pp. 547-548. 

  12. Finite Element Method Magnetics, http://www.femm.info/wiki/HomePage. 

  13. Ayachit, U., The ParaView Guide: A Parallel Visualization Application, Kitware Inc. 2015. 

  14. Restivo, A., 1979, Turbulent Flow in Ventilated Rooms, Ph.D. dissertation, Department of Mechanical Engineering, Imperial College, London. 

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