초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 격자의 분리 및 병합이 가능한 MOST (merging or splitting the topology of cells) 라이브러리를 개발하였다. MOST 라이브러리에서는 셀의 분리뿐만 아니라 병합과 불필요한 셀의 제거가 가능하므로 해석 시간이 누적되더라도 전체셀의 개수가 크게 증가하지 않는 장점을 가지고 있다. 특히 OpenFOAM의 격자 구조를 기반으로 개발하였으며, 격자 클래스(fvMesh & polyMesh classes)에서 정의된 소유셀과 이웃셀은 행렬 클래스(fvMatrix class)에서

□ 연구개요
본 연구에서는 격자의 분리 및 병합이 가능한 MOST (merging or splitting the topology of cells) 라이브러리를 개발하였다. MOST 라이브러리에서는 셀의 분리뿐만 아니라 병합과 불필요한 셀의 제거가 가능하므로 해석 시간이 누적되더라도 전체셀의 개수가 크게 증가하지 않는 장점을 가지고 있다. 특히 OpenFOAM의 격자 구조를 기반으로 개발하였으며, 격자 클래스(fvMesh & polyMesh classes)에서 정의된 소유셀과 이웃셀은 행렬 클래스(fvMatrix class)에서 상삼각(lower-triangular) 및 하삼각(upper- triangular) 행렬로 연결되므로 격자의 분리, 병합, 추가, 제거에 따른 행렬 변형으로 연계되도록 라이브러리를 구성하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구계획서 명시한 본 과제의 목표는 계면 추적을 위한 초기 격자와 셀의 분리/병합 및 행렬 계산을 위한 가상 격자 플랫폼을 구축하고, 격자계에서 셀의 분리/병합에 대한 기능을 구현하며, 셀 분리/병합에 따른 국소적 비보존성을 해결함으로써 다양한 격자계, 다양한 차분 기법에서 적용 가능한 격자 분리 및 병합 라이브러리를 오픈 소스 기반으로 개발하는 것이다. 이를 위해 본 연구 과제에서는 자유 수면의 추적을 위해 iso-advectorCICSAM 기법을 선정하고 적용하였으며, 격자 분리 병합을 위해 OpenFOAM 기반 가상 클래스를 개발하고, 2차원 셀의 분리 및 병합 기능을 개발하였다. 2차원 격자에 적용하기 위해 주어진 격자계에서 edge cutting이 가능한 소스코드를 개발하였으며, 이를 face 및 cell cutting으로 확장하였다. 이러한 격자 분리와 병합이 가능한 MOST 라이브러리를 검증하기 위해 2차원 파랑 해석에 적용한 결과 기존 격자계에서 수치 확산에 의해 물과 공기의 계면이 확산되어 나타나는 현상이 개선됨을 확인하였다. 이러한 MOST 라이브러리를 3차원 격자계로 확장하고 OpenFOAM에서 제공하는 동적 격자 클래스인 dynamicFvMesh에 대해 연동 가능한 라이브러리를 개발하였다. 이러한 MOST 라이브러리를 이용하여 열린 채널에서 자유 수면을 갖는 난류 유동을 고정도 해석함으로써 난류 구조와 자유 수면의 상호 작용을 분석하였다. 또한 현업에서 MOST 라이브러리의 활용 가능성을 검증하기 위해 OpenFOAM에서 제공하는 다양한 차분 기법 및 선미 에너지 저감 장치의 복잡한 후류에서 분할을 통한 격자 조밀도를 향상시킴으로써 고정도 해석 수행이 가능함을 확인하였다. 그리고 슬로싱과 같이 자유 수면 거동이 복잡한 문제에 대해 벽면에서 국소적인 격자 분할 등을 통해 격자 밀집도를 실시간 제어 가능함을 확인하였다. 그리고 이러한 격자 분할 및 병합 기법을 오픈 소스 기반의 격자 생성 라이브러리인 cfMesh에 적용함으로써 성긴 격자에서도 대상 물체의 형상을 정도 높게 모사할 수 있는 비정렬 격자 생성 라이브러리를 확보하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
둥근 모서리가 있는 사각 실린더 주위 난류 유동 해석 적용을 통한 제 32회 과학기술우수논문상을 수상하였으며, 산업통상자원부 지원 중견조선소혁신성장개발 사업의 “중견조선소용 LNG 추진 선박 및 성능 해석 시스템 개발” 과제 (2019.07.01.~2022.12.31., 42개월, 정부지원금 63억원, 주관기관 : 중소조선연구원, 참여기관 : 동아대학교, 선박해양플랜트연구소, 한국조선해양기자재연구원, 한진중공업, 대선조선, 한국해사기술, 로이드선급, 넥스트폼, 케이조선) 에서 선체 주위 유동 해석을 위한 격자 생성 및 수치 안정화 기법에 MOST 라이브러리를 적용하였다. 또한 후처리 기법으로 확장하여 현대중공업 지원 “OpenFOAM 기반 공동 해석의 후처리 인터페이스 및 수치 고도화/안정화 라이브러리 개발”에서 후처리용 격자 재구성(face 및 cell cutting) 기법에도 적용하였다. 또한 자유 수면의 거동이 매우 중요한 고속선 해석으로 확장하는데 활용할 계획이며, 산업통상자원부의 조선해양산업 핵심기술개발 사업의 “고속선 및 소형선박의 성능 검증 시스템 개발”에 MOST 라이브러리를 적용하고자 한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 1차년도 ... 5
• 2) 2차년도 ... 6
• 3) 3차년도 ... 9
• 4) 4차년도 ... 13
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 15
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 17
• 7. 참고문헌 ... 17
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 19
• 끝페이지 ... 29